イオン照射による炭素表面上のリップル形成

Ripple formation on carbon surfaces by ion irradiation

高広 克巳*; 川面 澄*; Zhang, K.*; Rotter, F.*; Schwen, D.*; Ronning, C.*; Hofsss, H.*; Krauser, J.*; 永田 晋二*; 山本 春也; 鳴海 一雅

Takahiro, Katsumi*; Kawatsura, Kiyoshi*; Zhang, K.*; Rotter, F.*; Schwen, D.*; Ronning, C.*; Hofsss, H.*; Krauser, J.*; Nagata, Shinji*; Yamamoto, Shunya; Narumi, Kazumasa

スパッタリングにより炭素材料表面上に周期的リップル構造が形成されることが知られている。このリップル構造に及ぼす炭素材料表面の化学結合状態の影響を調べるため、炭素同素体材料である熱分解黒鉛(HOPG),単結晶ダイヤモンド,四面体結合非晶質炭素について、法線に対して30傾いた方向から5keVのXeを210cm照射し、試料表面をスパッタリングした。その結果、HOPGで波長100nm程度のリップルが形成されたが、その他の試料では形成されなかった。電子エネルギー損失分光で調べると、いずれの試料にも同程度の原子密度を有する非晶質炭素層が形成されていた。このことから、リップルの形成にはHOPGの表面の化学結合状態が関与していることが初めて明らかになった。

In order to study the allotropic effect on ripple formation on carbon surfaces induced by sputter erosion, three types of carbon materials, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), single crystalline diamond and tetrahedral amorphous carbon (ta-C) films, were irradiated with 5 keV Xe at an incident angle of 30 degree. The irradiation fluence was 210 cm for all irradiations. No ripples were formed on diamond and ta-C surfaces, while ripples with a wavelength of 100 nm occurred on HOPG. Electron energy loss spectroscopy revealed that the surfaces of all carbon materials became amorphous with similar densities upon irradiation. Therefore, the presented results clearly show that rippling depends on the nature of the underlying carbon materials. The mechanism for rippling of carbon materials will be discussed.