課題番号：

JPMXP1223NM5040

実施機関：

物質・材料研究機構

要約

近年のイオンビーム発生技術の発展により、エキゾチックなイオンビームである高速重イオンビームやクラスターイオンビームを一様かつ安定に、制御性良く発生させることが可能になってきた。そして、これらのエキゾチックなイオンビームと固体材料の相互作用が明らかにされようとしている。本研究では、上記のエキゾチックなイオンビームと物質の相互作用を解明するために、共用設備である電子顕微鏡等を適用する。材料改質や材料評価等への応用のための基礎過程を明らかにするものである。ここ数年、我々は上記のイオン１個が固体との衝突で形成する円筒形のナノスコピック～メゾスコピックサイズの損傷領域である“イオントラック”の形成に注目して研究を行ってきた。当該年度は数MeVのC60イオン照射によりダイヤモンドに初めてイオントラックを形成することに成功した。
　化学気相成長法(CVD)で作製された高純度・高品質の多結晶および単結晶ダイヤモンドをエレメント・シックス社よりで購入し実験に使用した。イオントラックの直径はおおよそ数nm程度であるため、透過電子顕微鏡(TEM)法がトラック観察の有効な手法となり得る。しかし電子透過を起こすためには試料の厚さを100nm以下に薄くする必要があり、そのために共用装置である集束イオンビーム加工装置(FIB)を用いた。しかしながら、ダイヤモンドは非常に硬いためか、スパッタリング率が極端に小さいようで、シリコンのFIB加工に比べると同じだけ削るためにビーム照射量は１桁以上高くする必要があった。この差は加工時間を延ばすだけでは補償できず、ビーム流束を強める必要が生じたが、トレードオフとして加工の空間正確性を劣化させた。ただでさえ加工時間がかかる上に、削ってはいけない部分を削ってしまうということが起き、一からやり直すという非常に時間を要する上、精神的にきつい苦行であった。　C60イオンの照射は、量研機構高崎研のタンデム加速器をARIMとは別の制度で借用し行った。C60イオンのエネルギーは1 MeVから9 MeVの範囲で変化させた。観測は主に透過電子顕微鏡 JEM-2100、HAADF 測定や STEM－EELS 測定には JEM-2100F を用いて、機器利用として使用した。収差補正による高分解能像の観測は JEM-ARM200F-G を用いて、技術代行として観察を依頼した。ここでは200kV透過電子顕微鏡を用いた実験結果を掲載する。