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Direct observation of fine structure in ion tracks in amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ by TEM

非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$中に形成されたイオントラックの微細構造のTEMによる直接観察

中嶋 薫*; 森田 陽亮*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 石川 法人; 北條 喜一; 辻本 政彦*; 磯田 正二*; 木村 健二*

Nakajima, Kaoru*; Morita, Yosuke*; Suzuki, Motofumi*; Narumi, Kazumasa; Saito, Yuichi; Ishikawa, Norito; Hojo, Kiichi; Tsujimoto, Masahiko*; Isoda, Shoji*; Kimura, Kenji*

非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$薄膜(厚さ20nm)に120-720keV C$$_{60}$$$$^{+, 2+}$$イオンを照射し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。その結果、結晶性材料と違って像にコントラストがつきにくい非晶質材料中に形成されたイオントラックをTEMで直接観測できた。さらに、定量的な解析のため、高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観察した。その結果、イオントラックの構造は低密度コア(半径約2.5nm)と高密度シェル(幅約2.5nm)からなり、高エネルギー重イオン照射によって非晶質SiO$$_{2}$$中に形成されたイオントラックを小角X線散乱法(SAXS)で観察した結果とよく似ていることがわかった。観測されたイオントラックは表面効果の影響を受けている可能性があるものの、今回の結果は、TEMとHAADF-STEMが非晶質材料中のイオントラックの微細構造を直接観察できることを示すものである。

Thin films of amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ (thickness 20 nm) were irradiated with 120-720 keV C$$_{60}$$$$^{+,2+}$$ ions and observed using transmission electron microscopy (TEM). The ion track produced in an amorphous material was directly observed by TEM. For quantitative analysis, the ion tracks were also observed using high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM). The observed ion track consists of a low density core (radius $$sim$$2.5 nm) and a high density shell (width $$sim$$2.5 nm), which is very similar to the ion tracks in amorphous SiO$$_{2}$$ irradiated with high energy heavy ions observed by small angle X-ray scattering (SAXS). Although the observed ion tracks may be affected by surface effects, the present result indicates that TEM and HAADF-STEM have potential to observe directly the fine structures of ion tracks in amorphous materials.

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