TEM study of nanohillocks in oxides irradiated with swift heavy ions

高速重イオンを照射した酸化物におけるナノヒロックの透過型電子顕微鏡研究

石川 法人   ; 田口 富嗣*; 喜多村 茜

Ishikawa, Norito; Taguchi, Tomitsugu*; Kitamura, Akane

本研究では、YFeO(YIG)を研究対象として、高速重イオンが照射された際にセラミックス表面に形成されるナノ隆起物(ナノヒロック)の形成メカニズムの解明に取り組んだ。透過型電子顕微鏡(TEM)を駆使することでナノヒロックの寸法を正確に計測することができるようになる。そこで、イオンから固体中の電子へのエネルギー付与密度(電子的阻止能)を20-35keV/nmの領域で変化させたときの、ナノヒロックの寸法変化を分析した。その結果、ナノヒロックの断面積が電子的阻止能に対して線形に増加するとともに、高さもまた、線形に増加することが判明した。ナノヒロックの断面積は、局所溶融した領域の面積に相当することが分かり、既存の熱スパイクモデルで説明可能なことが分かった。一方で、ナノヒロックの高さの電子的阻止能依存性の結果を説明するには、局所溶融した領域の面積だけでなく、局所溶融している時間を考慮する必要性があることが示唆された。

In the present study, both hillock diameter and hillock height were precisely measured for YFeO (YIG) irradiated with swift heavy ions (SHI) in high electronic stopping power (Se) of 20-35 keV/nm. Precise measurement of hillock size can be achieved by irradiating SHI at oblique incidence and successively observing the as-irradiated thin samples by transmission electron microscopy (TEM). It is found that hillock diameter is always comparable to track diameter. The result is in contrast with the previous results of atomic force microscopy (AFM) claiming that hillock diameter is much larger than track diameter. Both hillock cross section and hillock height appear to follow a linear function of Se, whereas the hillock volume increases in nonlinear manner.