超高真空材料プロセス研究のためのガス精密制御の自動化; 表面反応の放射光リアルタイム観察への応用

Automation of precise gas control for material-process researches; Application to synchrotron radiation real-time observation of surface reactions

中村 孝史*; 山本 幸男*; 荒川 正和*; 丸山 晃生*; 吉越 章隆 

Nakamura, Takafumi*; Yamamoto, Yukio*; Arakawa, Masakazu*; Maruyama, Akio*; Yoshigoe, Akitaka

SPring-8のBL23SUに設置された表面化学実験ステーションは、放射光軟X線を使って様々な機能性材料の表面および界面の研究に利用されている。固体表面とガスとの化学反応の理解を進めるためには、ガスの精密流量制御が必須である。本論文では、超高真空(分子流領域)におけるガスと表面の反応の実験精度および再現性を改善するための自動ガス流量コンピュター制御システムを報告する。ガス圧力制御のために、スローリークバルブのフィードバック制御システムを開発した。開発したシステムによって、装置エキスパートの実験者と同等以上の反応実験が可能となった。

Surface chemistry experimental end-station at BL23SU in SPring-8 is widely used to study various surfaces and interfaces of functional materials by means of soft X-rays synchrotron radiation. To analyze surface chemical reactions between gas and solid surfaces, an accurate control of flow-rates of gases is essential. This paper describes a computerized automatic gas flow control system to improve the accuracy and reproducibility of gas-surface reaction experiments in the pressure range of ultra-high vacuum (molecular flow) conditions. The system uses feedback control to operate the slow-leak valve to control the gas-pressure. As a result, the system achieved results equivalent to those of a skilled experimenter.