複合アニオン薄膜分析用水素検出効率100％の重イオンERDA開発

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 複合アニオン化合物の創製と新機能
• 研究課題/領域番号: 17H05475
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 反跳原子検出法 / 酸窒化物 / 水素 / イオンビーム

研究実績の概要

TOF-E telescope ERDA（飛行時間測定型・反跳粒子検出法）のプロトタイプを完成させ、主に窒素、酸素、水素を含む薄膜およびその多層膜への応用を行った。具体的には筑波大学研究基盤総合センター応用加速器部門にある1MVタンデトロン加速器のDコースにTOF-E telescope ERDAシステムを構築した。Cl^+3イオンを4MeVまで加速して試料に入射し、ビーム方向から30°の反跳角で測定を行った。飛行時間は2つのMCP（マイクロチャンネルプレート）を700mmの間隔で設置し、それぞれのシグナルをstartとstopにして測定した。軽元素の絶対定量が可能かどうかを判断するためにCaTaO2Nという組成の分かった膜を測定し、統計誤差の範囲内でOとNの比が2になることを確認した。このことを利用し、成膜時のプロセスガスの圧力を変えた試料において圧力由来の不純物効果を観察することに成功した。具体的には圧力が小さいときに多くの酸素、水素の不純物が観察された。ガス導入時に一定数の水蒸気が混入することを示唆している。深さ分解能は2nmに到達し、各層が10nm厚の多層膜でも定量が可能になった。SiAlN/TiN/SiAlNという3層膜で測定した結果、各層で窒素の組成比がことなることを明瞭に確認できた。また、不純物としての水素にも敏感であり、基板との界面と最表面に水酸基によると考えられる水素のピークを確認できた。今後の課題としては信号処理系の電気ノイズによりディスクリレベルを高く設定せざるを得ず、結果として信号の数え落しが40%近くあるのを改善する必要がある。信号を早い段階でデジタル化し、デジタルオシロでの飛行時間測定などの信号処理システムを導入したい。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced Electrical Conduction in Anatase TaON via Soft Chemical Lithium Insertion toward Electronics Application (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Atsushi、Hirose Yasushi、Nakagawa Takafumi、Fujiwara Satoshi、Nakao Shoichiro、Matsuo Yutaka、Harayama Isao、Sekiba Daiichiro、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 1 ページ: 3981～3985
  • DOI: 10.1021/acsanm.8b00750
• [雑誌論文] Development of high-resolution ERDA with double MCP system and determination of detection limit for H and D (2018)
  • 著者名/発表者名: Sekiba D.、Tamura T.、Harayama I.、Watahiki Y.、Ishii S.、Ozeki K.、Fukata N.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 430 ページ: 6～10
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.05.043
• [備考] 水素・量子アトミクス研究室（関場研）
  • URL: http://www.tac.tsukuba.ac.jp/~sekiba/