| 研究課題/領域番号 |
15H04157
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
瀬木 利夫 京都大学, 工学研究科, 講師 (00402975)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | クラスター / イオンビーム / 中性ビーム / 複合ビーム / ナノプロセス |
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| 研究実績の概要 |
ノズルから形成された中性クラスタービームをチョッパーによりパルス化し、ある距離をおいて設置された検出器により目的原子が到来した時間を計測する中性クラスター速度計測システムを構築し、材料ガスにAr及びCO2を用いた時のHe混合によるクラスター加速効果を調べた。これにより、Ar及びCO2ともにHeを混合することで2倍以上の速度にクラスターを加速可能であることを示し、0.1～0.4eV/atom程度の範囲でエネルギー制御可能であることを示した。また、OpenFoamを用いたノズル内ガス流体シミュレーションを行い、Ar-He混合ガス導入時のノズル出口における流速を計算したところ、測定されたクラスター速度と一致し、本シミュレーションが中性クラスター速度評価に有用であることを示した。
一方、1eV/atomまで加速するためにはクラスターをイオン化し、静電加速する必要があるため、DCプラズマを利用したクラスターイオン源を開発し、DCプラズマを用いたクラスターイオン化法を試行した。このクラスターイオン源を用いることでサイズ数千から数万のクラスターイオンビームの形成に成功し、加速電圧8kVで加速することができた。このとき、サイズ8000のクラスターであれば、1eV/atomに加速できたことになり、加速電圧を制御すれば0.5～1eV/atom程度の範囲でエネルギー制御された巨大クラスタービーム形成に成功したといえる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成27年度に予定していたDCプラズマを利用したクラスターイオン源及びクラスター速度評価装置の設計・製作を完了し、He混合によるクラスター加速及びDCプラズマを用いたクラスターのイオン化・加速を実施できている。He混合によるクラスター加速では、当初から予想していた0.5eV/atom以下の加速を実現し、DCプラズマを用いたクラスターのイオン化・加速では、0.5eV/atom～1eV/atom程度の範囲でのクラスター加速を実現している。このことは、目標である0.1～1eV/atom程度の範囲でエネルギー制御されたクラスタービーム形成に成功したことを示しており、平成27年度の目標はおおむね達成されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、DCプラズマを用いたクラスターイオン源の電極構造の最適化等によりDCプラズマによるイオン化効率増大を図ると同時に、材料ガスにCO2等のAr以外のガスを用いた時のDCプラズマを用いたクラスターイオン源によるビーム特性の評価を行い、0.1～1eV/atom程度の範囲でエネルギー制御されたクラスタービーム形成のための基礎データを引き続き収集する。さらに、DCプラズマを用いたクラスターイオン源を用いて、ClF3とArの複合クラスターイオンビームを形成し、複合クラスターの場合のクラスター加速等、ビーム特性の評価を行う。また、ノズルに材料ガスを供給する直前で材料ガスのイオン化を行い、そのイオンをクラスター生成段階でクラスターに取り込ませ、クラスターイオンを生成するイオン化ガス供給型イオン化法を試行する。イオンが取り込まれたクラスターを生成できれば、それらは通常のクラスターイオンとして扱うことができ、基板-ノズル間に電界をかけることにより容易に加速することが可能となる。
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