稀ガスイオンビームを用いた難加工性セラミックス材料の表面微細加工技術の開発

利用稀有气体离子束开发难加工陶瓷材料表面微加工技术

基本信息

批准号：
11878082
负责人：
阿部勝憲
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11878082/
关键词：
イオン照射ビーム応用シリコン・カーバイドブリスタリング

项目摘要

本研究はガスイオンを用いて、粒子線による表面改質の新しい手法の展開をはかるために計画されたものである。セラミックスへのイオンビーム照射によりはじき出し損傷に起因する欠陥の蓄積と、固体に固溶しない希ガスの特性により、照射領域の域の体積変化(膨張・隆起)が起こる。本研究の目的は、この体積変化を応用した表面隆起加工法を検討し、今後のイオンビームを使った放射線応用の新たな展開をはかるための基礎を確立することである。平成11年度においては、高温半導体や原子炉の温度モニターとして使われているシリコンカーバイドを試験試料としてビーム加工の検討を行った。実験の方法は、(1)10μmのグリッドメッシュを微細マスクパターンとして用いて、(2)加速器によりヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの希ガスを、エネルギーを30〜380keVの範囲で加速して、室温において表面から150nmの深さに最大1.5×^<22>/m^2照射し、(3)レーザー顕微鏡および原子間力顕微鏡による表面形状の精密測定を行った。(4)このマスクパターンの転写精度を、イオン種、加速エネルギー、照射量をパラメータとして調べた。(5)照射後に購入品の赤外線加熱装置を用いた熱処理を行って、焼鈍による形状変化特性を調べた。また(6)加工領域の微細組織の変化を透過型電子顕微鏡により調べ、形状特性の変化と試料の構造変化の関係を明らかにした。その主な結果は、(1)メッシュのグリッドパターンを照射領域の最大1μmの隆起として転写することができた。(2)注入元素数あたりの隆起量は注入元素の質量が大きくなるにつれ少なくなり、効率的な加工が可能であることが分かった。(3)微細組織観察によって隆起は主に照射領域での非晶質化によって引き起こされることが明らかとなった。(4)さらに注入量を多くした場合には希ガスバブル形成によるブリスタリングが発生し、さらに大きな隆起と注入領域の剥離を起こした。(5)照射後焼鈍による隆起形状は、注入量の少ないもの(1×10^<21>/m^2以下)では1200℃焼鈍まで安定であったが、ヘリウムの注入量が多いもの(1.5×10^<22>/m^2)では800℃においてブリスタリングによる剥離が起こることが明らかとなった。これらのことから、高い精度の隆起加工においては重イオン照射がよく、照射領域の剥離を必要とするときはブリスタリングを起こしやすいヘリウムが適していることが分かった。これらの特性を利用して、原子炉などの照射環境モニターへの応用について検討を行った。

该研究计划使用气体离子开发一种新的表面修饰方法。由陶瓷上的离子束辐射引起的损伤引起的缺陷的积累，以及不溶于固体中的稀有气体的特征会导致辐照区域的体积变化（膨胀和脊）。这项研究的目的是研究一种应用此体积变化的表面脊加工方法，并为使用离子束对辐射应用的未来开发建立基础。在1999财年，使用碳化硅进行了束处理，该碳化物用作高温半导体和核反应堆的温度监测器作为测试样品。实验方法（1）使用10μm的网格用作细面罩图案，（2）使用加速器来加速30-380 keV的贵氦，霓虹灯，灰色和加密蛋白的能量，范围为30-380 kev，在室温下以1.5 ras和1.5^^22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22 <22>/m。显微镜测量表面形状。（4）使用离子物种，加速能和辐照量作为参数检查了这种掩模图案的转移精度。（5）辐照后，使用红外加热设备加热购买的产品，以检查由退火引起的形状变化特性。此外，（6）使用透射电子显微镜检查了处理区域中显微结构的变化，以阐明形状特性的变化与样品中结构变化之间的关系。主要结果是（1）可以将网格模式转移为在辐照区域中高达1μm的脊。（2）已经发现，随着植入元素的质量增加，植入元素数量增加的量减少，并且可以进行有效的处理。（3）微观结构观察表明，升高主要是由辐照区域中的无形化引起的。（4）当注入量增加时，由于形成高贵的气泡而引起的起泡，从而导致更大的山脊和植入区域的剥离。（5）在辐射后退火引起的升高形状稳定，直到1200°C退火为少量注入的人（1×10^<21>/m^2或更少），但发现由于大量注入的那些剥离而在800°C下发生剥离（1.5×10^22^22>/m m）。这些发现表明，容易发泡的氦气适用于高精度山脊加工，非常适合重离子照射，当需要辐照面积的剥离时。使用这些特征，我们研究了辐照环境监测器（例如核反应堆）的应用。