低速多価イオンビームによる原子操作

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11222207
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 目黒 多加志 理化学研究所, 半導体工学研究室, 副主任研究員 (20182149)
• 研究分担者: 一色 秀夫 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (60260212) ; 村上 浩一 筑波大学, 物理工学系, 教授 (10116113) ; 尾笹 一成 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (10231234)
• キーワード: 多価イオン / グラファイト / ダイヤモンド / 電子状態制御 / ナノ構造

研究概要

高配向性グラファイトに多価のアルゴンイオンを照射することにより、ナノサイズのダイヤモンドの創製が可能なことが、本研究の成果として得られたが、本年度はさらに作成した構造が本来持っていない新たな特性を示すことを明らかにした。高配向性グラファイトに8価のアルゴンイオンを照射した後、He-Cdレーザーを照射しイオン照射領域をsp^3を有するナノダイヤモンド様の構造に変化させ、さらにその構造を水素雰囲気中で600℃、30分間の熱処理を施すことにより、複数の特性に顕著な変化が見られた。グラファイトは可視域、紫外域には発光を示さない材料であるが、20Kで測定したカソードルミネッセンスでは、微弱ながら紫外域に発光を示すことが分かった。また、イオン照射領域に対して走査トンネル顕微鏡を用いて電界放出効果を調べたところ、化学気相成長法で作成した多結晶ダイヤモンド薄膜と同等の電界放出特性を示すことも確認された。これらの結果は、ナノスケールでの新しい材料創製を示唆する結果と考えられる。また、ラマン分光法を用いて多価イオン照射の高配向性グラファイト基板に対する効果を調べた結果、同程度のドーズ量では価数が高くなるにつれて、ディフェクティブなスペクトルが得られた。これは、価数が低い場合には、イオン照射により点欠陥が生成されるが、価数の増加に従い点欠陥の複合体が形成されることを示している。
また、レーザーアブレーションによりナノ構造シリコン(Siナノ微粒子)を創製し、気相での水素表面修飾、および固相でのErとPの不純物をドーピングを試み、Siナノ微粒子の形成過程については第2レーザー照射法により時間分解PL測定を行ない、その動的過程を明らかにし、Erドーピングにより温度消光のないSiナノ結晶の作製とPドナーのSiナノ結晶へのドーピングの可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] T. Meguro, A. Hida, M. Suzuki, Y. Koguchi, H. Takai, Y. Yamamoto, K. Maeda, Y. Aoyagi: "Creation of nanodiamonds by single impacts of highly charged ions upon graphite"Applied Physics Letters. 79巻・23号. 3866-3868 (2001)
• [文献書誌] T. Meguro, A. Hida, M. Suzuki, Y. Koguchi, H. Takai, Y. Yamamoto, K. Maeda, Y. Aoyagi: "Nanoscale modification of electronic states of graphite by highly charged Ar-ion irradiation"Journal of Vacuum Science and Technology. B19巻・6号. 2745-2748 (2001)
• [文献書誌] T. Mori, K. Otsuka, N. Umebara, K. Ishioka, K. Kitajima, S. Hishita, K. Murakami: "Thermal Behavior of Hydrogen Molecules trapped by Multivacancies in Silicon"Pysica B. 302-303巻. 239-243 (2001)
• [文献書誌] K. Murakami, T. Makimura, T. Mizuta, C. Li, D. Takeuchi: "(Invited Paper) Synthesis of Silicon Nanoparticles and Impurity Doping by Laser Ablation"SPIE Proceedings. 4274巻. 222-231 (2001)
• [文献書誌] K. Hata, M. Fujita, S. Yoshida, S. Yasuda, T. Makimura, K. Murakami, H. Shigekawa, W. Mizutani, H. Tokumoto: "Selective Adsorption and Patterning of Si Nanoparticles fabricated by Laser Ablation on Functionalized Self-assembled Monolayer"Appl. Phys. Lett.. 79巻. 692-694 (2001)
• [文献書誌] K. Hata, S. Yoshida, M. Fujita, S. Yasuda, T. Makimura, K. Murakami, H. Shigekawa: "Self-assembled Monolayer as a Template to deposit Silicon Nanoparticles fabricated by laser Ablation"J. Physical Chemistry. B105巻. 10842-10846 (2001)