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本研究は、イオン散乱計測法（ラザフォード後方散乱法(RBS)と弾性反跳粒子検出法(ERD)）を基本原理に用いた生体試料の非破壊三次元可視化技術の開発を目的にしていた。
2021年度は、2020年度までに構築した散乱イオンの飛行時間計測系を用いてRBSによる重元素計測およびERDによる軽元素計測の実証を行った。いずれの計測でも、試料にプローブイオンが入射した時に発生する二次電子を飛行時間計測のスタートシグナルに用いるシングルイベント計測法を用いた。ERDでは試料を大きく傾斜させてプローブイオンを入射するため、試料に垂直にプローブイオンを入射する通常のRBSとは試料近傍の電界分布が大きく異なる。これにより二次電子や散乱イオンの軌道が垂直入射の場合から変化するため、RBSやERDの時間分解能や計測効率の検証が必要であった。B注入Si試料のERDを行いRBSの場合と同様に、散乱イオンの飛行時間計測が可能であることを示した。
また、本研究では、散乱イオン検出を大型の検出器で行っている。立体角が大きくなることによる計測時間の短縮を狙っているが、散乱角の拡がりによる深さ分解能の悪化についても考慮する必要がある。試料の組成により検出器の設置角を変えることで深さ分解能の改善が可能であることを示した。特にERDでは、散乱角により散乱イオンのエネルギーが大きく異なり、検出器の設置角は重要なパラメータであった。
これらにより、軽元素から重元素まで全元素の非破壊三次元可視化が可能であることを示した。
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