高速重イオンの電子的スパッタリングを用いた巨大クラスターイオン発生手法の確立

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13558061
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 今西 信嗣 京都大学, 工学研究科, 教授 (10027138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 誠 京都大学, 工学研究科, 助手 (60263117)
• Keywords: スパッタリング / クラスターイオン / 重イオン照射 / 電子的スパッタリング / ナノテクノロジー / ナノスケール加工 / 放出エネルギー分布 / レーザ照射

Research Abstract

本研究組織は、電子的衝突過程が支配する速度領域で、これまでの常識に反して異常に大きい収率でスパッターが生じることを見出した。この現象を利用すればさまざまな化学種について任意のサイズのクラスターイオン種を発生できる。しかも、線形衝突カスケードによる放出イオンと異なり、エネルギー分布は非常にそろっている。本研究では、エネルギーの良くそろった任意の化学種とサイズのクラスターイオンビームをピコからナノアンペアの強度で生成しうる手法を確立する。
1)化合物半導体から放出されるV族のイオン収率は電子的阻止能に強く依存し、固体表面から出射する際のイオン化の過程で正孔の多重生成が強く寄与する。
2)III-V族化合物半導体について、高速重イオン照射によりクラスターイオンが生成することをはじめて示した。
3)III族元素のみから構成されるイオンとV族元素を含むイオンの放出率は入射エネルギーに対し異なった依存性を示す。つまり、イオン化ポテンシャルの高いクラスターイオンについては、1価のイオンで見られたと同様、正孔の多重生成がイオン化率に強く寄与する。
4)化合物半導体においては、クラスター放出率のサイズ依存性は入射エネルギーによらない一定のべき乗の減少傾向を示す。つまり、イオン照射による高密度電子励起により固体の表面構造が不安定となり、クラスターが放出する。
5)半導体試料においてはクラスターイオンをビームとして取り出すことが可能である。

Research Products

• [Publications] 今西信嗣: "Nuclear and Electronic Sputtering Induced by High Energy Heavy Ions"Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences. (In press). (2004)
• [Publications] 二宮 啓: "Material-Dependence of Electronic Sputtering Induced by MeV-Energy Heavy Ions"Vacuum. 73. 79-87 (2004)
• [Publications] 二宮 啓: "Cluster-Ion Emission from Semiconductive Chemical Compounds under MeV-Energy Heavy Ion Bombardment"Nuclear Instruments and Methods B. 209. 233-238 (2003)
• [Publications] 二宮 啓: "Secondary Ion Emission from A^<III>B^V Compounds Semiconductors under MeV-Energv Heavy Ion Bombardment"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center. 5. 39-42 (2003)
• [Publications] 中田由彦: "Reflectron Time-of-Flight Mass Spectrometry for Secondary Ion Analysis"Annual Report of Quantum Science and Engineering Center. 5. 43-45 (2003)