クラスターイオン分析法の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550025
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松尾 二郎 京都大学, 工学研究科・附属量子理工学研究実験センター, 助教授 (40263123)
• 研究分担者: 高岡 義寛 京都大学, 工学研究科・附属量子理工学研究実験センター, 助教授 (90135525)
• キーワード: クラスター / SIMS / 分析 / 2次イオン / 非線形 / 半導体 / イオンビーム / 多体衝突

研究概要

本研究は、クラスターイオンと固体との間に起きる非線形照射効果を利用し、ナノ材料開発に不可欠な表面分析手法の飛躍的な感度、分解能の向上を目的とするものである。
ナノレベルに達している材料開発に、現在の分析感度や深さ分解能は不十分であり、新しい分析技術の開発が望まれている。数十から数千の分子の集合体であるクラスターをイオン化したクラスターイオンビームは、等価的に低エネルギーのイオンビームであるだけでなく、多体衝突効果を持つ。このイオンビームを利用して高感度で高い深さ分解能を持つクラスタービーム分析手法の確立を行い、ナノ分析技術に新展開をはかる。
平成14年度は、分析用小型ガスクラスターイオン源の設計・製作し、その特性評価を行うとともに、ガスクラスターイオンによる表面分析実験を行った。SIMS分析において、感度や分析時間の短縮に不可欠なビーム特性を、これまでの予備実験の結果を総合して計算し、10μA/cm^<-2>以上のビーム電流密度が必要であることを明らかにした。イオン源の構造変更や対物集束レンズを新規設計することにより、サイズ2000のアルゴンクラスタービームを16μA/cm^<-2>のイオン電流密度で、1mm以下に収束できる分析用小型ガスクラスターイオンビームシステムを完成させた。
このクラスターイオン源を既存の超高真空装置に組み込みイオン源の特性評価を行うとともに、クラスターイオンSIMS分析を行いシリコン基板からの二次イオンの検出に成功した。スパッタリングが起こる6keV以上の加速電圧において良好なシグナルを得ることができた。また、二次イオン強度と加速電圧との相関についても調べた。

研究成果

• [文献書誌] N.Toyoda, J.Matsuo, T.Aoki, I.Yamada, D.B.Fenner: "Secondary Ion Mass Spectrometry with Gas Cluster Ion Beams"Nuclear Instruments and Methods, B. 190. 860-863 (2002)
• [文献書誌] A.Nakai, T.Aoki, T.Seki, J.Matsuo, G.H.Takaoka, I.Yamada: "Modeling of surface smoothing process by cluster ion beam irradiation"Nuclear Instruments and Methods, B. B206. 842-845 (2003)
• [文献書誌] N.Toyoda, J.Matsuo, T.Aoki, I.Yamada, D.B.Fenner: "Secondary ion mass spectrometry with gas cluster ion beams"Applied Surface Science (2003) 214. 203-204. 214-217 (2003)
• [文献書誌] J.Matsuo, T.Aoki, T.Seki, N.Toyoda, I.Yamada: "Atomistic study of cluster collection on solid surfaces"Nuclear Instruments and Methods, B. B206. 838-841 (2003)
• [文献書誌] T.Seki, J.Matsuo, G.H.Takaoka, I.Yamada: "Generation of the Large Current Cluster Ion Beam"Nuclear Instruments and Methods, B. B206. 902-906 (2003)
• [文献書誌] T.Aoki, J.Matsuo, G.Takaoka, I.Yamada: "Cluster Species and cluster size dependence of damage formation by cluster ion impact"Nuclear Instruments and Methods, B. B206. 861-865 (2003)