新規クラスター負イオンビーム源の開発：反応性プロトン含有ＦＩＢ技術のＳＩＭＳ展開

新型团簇负离子束源的开发：SIMS部署含活性质子的FIB技术

• 批准号: 22K12666
• 负责人: 藤原 幸雄
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12666/
• 关键词: イオンビーム; イオン液体; 表面分析; 二次イオン質量分析; 二次イオン; クラスター; 負イオン

液体金属イオン源は、点光源であることから集束イオンビーム（Focused Ion Beam: FIB）装置に搭載され、ナノテクノロジー等を支える重要な技術となっている。液体金属イオン源は、テーラー・コーンの先端から金属正イオンを電界放出させて正イオンビームを生成する。しかし、金属の負イオンを電界放出することはできないため、負イオンビームは生成できない。二次イオン質量分析（Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS）は、試料表面にイオンビーム（いわゆる一次イオンビーム）を照射し、それによって真空中に放出されたイオン（いわゆる二次イオン）を質量分析することにより、試料構成元素（あるいは分子）の同定や濃度測定を行う分析技術である。正イオンビームを絶縁性試料に照射すると、帯電（チャージアップ）という問題が生じる。帯電の影響でイオンビームが曲げられたり、二次イオン量の低下などの問題が生じる。対策として、電子ビーム照射による帯電中和が行われることが多いが、有機系試料の場合には、電子ビーム照射に起因する材料劣化が問題になる場合がある。一方、負イオンビーム照射を用いると、二次電子放出で生じるプラス電荷と負イオン入射によるマイナス電荷がバランスし、帯電電圧を大幅に小さくできる。そこで本研究では、プロトン性イオン液体を用いた針型エミッター方式のクラスター負イオンビーム源の開発ならびにSIMS応用を目的とする。本年度は、電気ヒーターと温調器を備えた針型エミッターを製作し、真空中においてイオン液体の温度を制御しながらイオンビームを生成できる装置を構築した。イオン液体は温度を上げることで粘性が低下するため、イオンビーム電流量の増大が期待される。

由于液态金属离子源是点光源，因此安装在聚焦离子束（FIB）装置中，是支持纳米技术的重要技术。液态金属离子源通过从泰勒锥尖端场发射正金属离子来产生正离子束。然而，由于不能通过场致发射来发射金属负离子，因此不能产生负离子束。二次离子质谱分析（SIMS）是一种用离子束（所谓的一次离子束）照射样品表面并对释放到真空中的离子（所谓的二次离子）进行质谱分析的方法。识别样品的组成元素（或分子）并测量它们的浓度。当用正离子束照射绝缘样品时，会出现充电（充电）问题。由于带电的影响，会出现离子束弯曲、二次离子量减少等问题。作为对策，通常通过电子束照射进行电荷中和，但在有机样品的情况下，由电子束照射引起的材料劣化可能成为问题。另一方面，当使用负离子束照射时，由二次电子发射产生的正电荷和由负离子入射产生的负电荷平衡，并且可以显着降低充电电压。因此，本研究的目的是开发一种使用质子离子液体的针型发射器的簇负离子束源，并将其应用于SIMS。今年，我们制造了一种配备有电加热器和温度控制器的针状发射器，并构建了一种可以在真空中控制离子液体温度的同时产生离子束的装置。由于离子液体的粘度随着温度的升高而降低，因此预计离子束电流的量将增加。