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論文

Measurement of local temperature around the impact points of fast ions under grazing incidence

古株 弘樹*; Yoon, S.*; Lee, H.*; 中嶋 薫*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 460, p.34 - 37, 2019/12

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.01.006
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Instruments & Instrumentation)

Gold and platinum nanoparticles of few-nm size were deposited on amorphous silicon nitride (a-SiN) films. These samples were irradiated with 380 MeV Au ions at grazing incident angles ($$theta$$$$_{i}$$=2$$^{circ}$$-5$$^{circ}$$) to a fluence of ~1$$times$$10$$^{10}$$ ions/cm$$^{2}$$. The irradiated samples were observed using transmission electron microscopy (TEM). Ion tracks were clearly observed as long bright lines. Nanoparticles were found to be desorbed from long and narrow regions along the ion tracks. The surface temperature at the thermal spike produced by the ion impact was evaluated from the observed nanoparticle desorption. The observed temperature distribution is qualitatively explained by a one-dimensional two temperature model (1D-TTM) although there are some discrepancies which may be attributed to the surface effects which are not taken into account in 1D-TTM.

論文

Temperature of thermal spikes induced by swift heavy ions

松崎 勝太*; 林 宏明*; 中嶋 薫*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 406(Part B), p.456 - 459, 2017/09

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2016.12.019
 被引用回数：4 パーセンタイル：37.06(Instruments & Instrumentation)

Few-nm sized gold, platinum and palladium nanoparticles were deposited on amorphous silicon nitride films. These films were irradiated with 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. Temperature distributions of thermal spikes produced by these ions were evaluated by observing desorption of the nanoparticles from the target surfaces upon ion impact. It was found that the temperature of the thermal spike produced by 420 MeV Au is higher than 100 MeV Xe. The observed temperature of the thermal spike at the entrance surface is slightly lower than that at the exit surface both for 420 MeV Au and 100 MeV Xe ions. These results can be well explained by the inelastic thermal spike model.

論文

Tracing temperature in a nanometer size region in a picosecond time period

中嶋 薫*; 北山 巧*; 林 宏明*; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; Toulemonde, M.*; Bouffard, S.*; 木村 健二*

Scientific Reports (Internet), 5, p.13363_1 - 13363_8, 2015/08

https://doi.org/10.1038/srep13363
 被引用回数：5 パーセンタイル：41.15(Multidisciplinary Sciences)

Irradiation of materials with either swift heavy ions or slow highly charged ions leads to ultrafast heating on a timescale of several picosecond in a region of several nanometer. This ultrafast local heating result in formation of nanostructures, which provide a number of potential applications in nanotechnologies. These nanostructures are believed to be formed when the local temperature rises beyond the melting or boiling point of the material. Conventional techniques, however, are not applicable to measure temperature in such a localized region in a short time period. Here, we propose a novel method for tracing temperature in a nanometer region in a picosecond time period by utilizing desorption of gold nanoparticles around the ion impact position. The feasibility is examined by comparing with the temperature evolution predicted by a theoretical model.

論文

Temperature of thermal spikes in amorphous silicon nitride films produced by 1.11 MeV C$$_{60}^{3+}$$ impacts

北山 巧*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 松田 誠; 左高 正雄*; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.183 - 186, 2015/07

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.11.002
 被引用回数：2 パーセンタイル：17.57(Instruments & Instrumentation)

According to an inelastic-thermal-spike (i-TS) model, which is regarded as the most promising among several models proposed to explain the formation of an ion track, a part of the energy deposited to electrons in a solid by a swift heavy ion is gradually transferred to target atoms via electron-phonon coupling. The temperature of target atoms rises along the ion path and consequently an ion track is formed when the temperature exceeds the melting point. Therefore, the temperature of target atoms along the ion path is regarded as a key parameter for the i-TS model; however, such a spatiotemporally-localized temperature is difficult to measure because the processes involved occur in a very short period ($$<$$ 10$$^{-10}$$ s) and in a very localized area. In this study, the temperature of target atoms along the ion path is estimated experimentally with transmission-electron-microscope (TEM) observation of desorption of Au nanoclusters (the melting point $$sim$$1300 K) on an amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ thin film under 1.1-MeV C$$_{60}^{3+}$$-ion irradiation to the fluence of $$sim$$5$$times$$10$$^{10}$$ ions/cm$$^{2}$$. TEM images show that Au nanoclusters, deposited at the areal density of 1.16$$times$$10$$^{12}$$ particles/cm$$^{2}$$, disappear in a surface area with a diameter of $$sim$$20 nm around each ion track, whose diameter is $$sim$$4 nm, after irradiation. This indicates that the temperature at the film surface rises locally to at least 1300 K by the ion bombardment.

論文

Sputtering of SiN films by 540 keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions observed using high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy

中嶋 薫*; 森田 陽亮*; 北山 巧*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 辻本 将彦*; 磯田 正二*; 藤居 義和*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.117 - 121, 2014/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.042
 被引用回数：7 パーセンタイル：48.36(Instruments & Instrumentation)

Our previous observation that an impact of sub-MeV C$$_{60}$$ ion makes an ion track in a thin amorphous silicon nitride (a-SiN) film suggests emission of thousands of atoms from the cylindrical region. Sputtering yields of a-SiN films by C$$_{60}$$ ions were evaluated in order to confirm this observation. A-SiN films deposited on Si(001) were irradiated with 540-keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions at fluences from 2.5$$times$$10$$^{11}$$ to 1$$times$$10$$^{14}$$ ions/cm$$^{2}$$. The compositional depth profiles of the irradiated samples were measured with high-resolution Rutherford backscattering spectroscopy, and the sputtering yields were estimated at 3900 $$pm$$ 500 N atoms/ion and 1500 $$pm$$ 1000 Si atoms/ion. The sputtering yield of N was two orders of magnitude larger than the elastic sputtering yield by the SRIM code or than the measured electronic sputtering yield of a-SiN by 50-MeV Cu ions previously reported. Such a large sputtering yield cannot be explained either by the elastic sputtering or by the electronic sputtering. However, an estimation of the synergistic effect based on the inelastic thermal spike model roughly explains the observed large sputtering yield, indicating that the synergistic effect of the nuclear and electronic stopping powers plays an important role.

論文

Transmission secondary ion mass spectrometry using 5 MeV C$$_{60}$$$$^{+}$$ ions

中嶋 薫*; 永野 賢悟*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 平田 浩一*; 木村 健二*

Applied Physics Letters, 104(11), p.114103_1 - 114103_4, 2014/03

https://doi.org/10.1063/1.4868655
 被引用回数：6 パーセンタイル：26.85(Physics, Applied)

In the secondary ion mass spectrometry (SIMS), use of cluster ions has an advantage of having a high sensitivity of intact large molecular ions over monatomic ions. This paper presents further yield enhancement of the intact biomolecular ions with measuring the secondary ions emitted from a self-supporting thin film in the forward direction, which is the same direction as primary beams. Phenylalanine amino-acid films deposited on self-supporting thin Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ films were bombarded with 5-MeV C$$_{60}$$$$^{+}$$ ions. Secondary ions emitted in the forward and backward directions were measured under the bombardments of the SiN and phenylalanine sides, respectively. The yield of intact phenylalanine molecular ions emitted in the forward direction is about one order of magnitude larger than the backward direction, while fragment ions of phenylalanine molecules are suppressed. This suggests a large potential of transmission cluster-ion SIMS for the analysis of biological materials.

論文

Surface effect on ion track formation in amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ films

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

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.142 - 145, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.03.043
 被引用回数：13 パーセンタイル：69.61(Instruments & Instrumentation)

Thin films of amorphous Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ (thickness 5-30 nm) were irradiated with 360-720 keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions in order to investigate ion track formation. Ion tracks were observed with transmission electron microscopy (TEM) and high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM). The length and the radial density profile of the track were measured for various combinations of the film thickness and the energy of C$$_{60}$$$$^{2+}$$ ions. The length of the ion track produced in a 30-nm film was found shorter than that in a 20-nm film for the same projectile energy, which indicates that there is surface effect on track formation. This can be qualitatively understood in terms of the energy dissipation process. The observed radial density profile also depends on the film thickness: The apparent density reduction increases with decreasing film thickness. The result can be explained by surface cratering.

論文

Cluster effect on projected range of 30-keV C$$_{60}$$$$^{+}$$ in silicon

森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 木村 健二*

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 167, 2013/01

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2012-046

本研究では、これまで飛程に対するクラスター効果がそれほど大きくないと考えられてきた$${it M}$$$$_{1}$$$$<$$$${it M}$$$$_{2}$$の場合について、それを実験的に明らかにする。ここで$${it M}$$$$_{1}$$, $${it M}$$$$_{2}$$はそれぞれ入射イオン及び標的を構成する元素の質量数である。あらかじめ表面に非晶質層を作製したSiウェファーに、30keV C$$_{60}$$$$^{+}$$と0.5keV C$$^{+}$$を室温で2$$times$$10$$^{15}$$ atoms/cm$$^{2}$$注入し、注入した炭素の深さ分布を、高分解能ラザフォード後方散乱法を用いて測定した。C$$_{60}$$注入に対するCの平均深さが6.1nmである一方、C$$^{+}$$注入の場合は4.0nmとなり、投影飛程に対する顕著なクラスター効果を観測した。

論文

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

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*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 291, p.12 - 16, 2012/11

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.09.007
 被引用回数：15 パーセンタイル：73.47(Instruments & Instrumentation)

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。

論文

Cluster effect on projected range of 30 keV C$$_{60}$$$$^{+}$$ in silicon

森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; Vandervorst, W.*; 木村 健二*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(19), p.2080 - 2083, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2011.06.015
 被引用回数：6 パーセンタイル：44.28(Instruments & Instrumentation)

あらかじめ表面に非晶質層を作製したSiウェファーに、30keV C$$_{60}$$$$^{+}$$と0.5keV C$$^{+}$$を室温で2$$times$$10$$^{15}$$ atoms/cm$$^{2}$$注入し、注入した炭素の深さ分布を、高分解能ラザフォード後方散乱法を用いて測定した。C$$_{60}$$$$^{+}$$注入に対するCの平均深さは6.1nmであり、一方、C$$^{+}$$注入の場合は4.0nmとなり、投影飛程に対する顕著なクラスター効果を観測した。

報告書

活断層調査坑道における水理調査

竹村 友之*; 迫垣内 薫*; 高橋 英一郎*; 武部 晃充*; 中嶋 敏秀*; 山下 貢*; 山之内 浩文*

JNC TJ7420 2005-041, 129 Pages, 1999/03

JNC-TJ7420-2005-041.pdf:65.88MB

岐阜県北端の神岡鉱山茂住孔には,跡津川断層系の茂住祐延断層を横断する活断層調査坑道があり,本坑道を利用して活断層に関する様々な研究が行われている。本調査では,活断層調査坑道における茂住祐延断層周辺の水理特性を把握することを目的とし,試錐コア調査・透水試験・湧水の分析を実施した。

報告書

「活断層帯での地殻活動研究」に関わる現地地質調査及び応力測定試験

竹村 友之*; 新宮 和喜*; 迫垣内 薫*; 西川 有司*; 岡田 洋一*; 中嶋 敏秀*; 山下 貢*

JNC TJ7420 2005-035, 152 Pages, 1998/03

JNC-TJ7420-2005-035.pdf:27.16MB

富山県と岐阜県の県境付近に位置する跡津川断層系では,地震発生機構の研究や新たな地震観測手法の開発を目的にした,総合的な活断層の調査研究が行われている。本件のうち,現地地質調査では,跡津川断層系の茂住祐延断層の3次元構造を明らかにすることを目的にして,地表及び坑内の地質調査を実施した。また応力測定試験では,断層周辺の応力場を測定する乾式破砕応力測定法の確立のために,セメントモルタル供試体と鋼管による室内載荷試験と数値解析を実施した。

論文

Energy losses of MeV B clusters in solids

鳴海 一雅; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 万波 通彦*; 齋藤 勇一; 山本 春也; 青木 康; 楢本 洋

Materials Chemistry and Physics, 54(1-3), p.229 - 233, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0254-0584(98)00031-5
 被引用回数：1 パーセンタイル：8.22(Materials Science, Multidisciplinary)

高速クラスターイオンを固体に照射すると、非常に狭い領域に高密度の物質及びエネルギーを付与できるため、単原子イオンを照射する場合とは異なった効果が期待される。膜厚が2-17$$mu$$g/cm$$^{2}$$の炭素薄膜を透過した0.8MeV/atomのB$$_{2+}$$,B$$_{3+}$$,B$$_{4+}$$イオンのエネルギースペクトルを半導体検出器で測定し、2つのクラスター照射効果を観測した。まず、クラスターを構成する原子1個当たりの平均のエネルギー損失と0.8MeVのB$$^{+}$$イオンのエネルギー損失との比の膜厚依存は、薄い膜厚で1より大きくなり、膜厚が厚くなると1に近づくことがわかった。このことは、クラスターに対する阻止能が単原子イオンに対する阻止能を単に積算したものではないことを示している。また、測定に用いた半導体検出器の出力において、パルス波高欠損が観測された。これは、クラスターの持つ高いLETによって半導体中に高密度の電子・正孔プラズマが生成されたため、単原子イオンの場合よりも電子・正孔対の再結合の確率が高くなり、見かけの出力が小さくなったことによる。

論文

Energy losses of B clusters transmitted through carbon foils

鳴海 一雅; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 万波 通彦*; 齋藤 勇一; 山本 春也; 青木 康; 楢本 洋

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 135, p.77 - 81, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(97)00575-2
 被引用回数：38 パーセンタイル：92.28(Instruments & Instrumentation)

高速クラスターイオンを固体に照射すると、非常に狭い領域に高密度の物質及びエネルギーを付与できるため、単原子イオンを照射する場合とは異なった効果が期待される。薄膜が2-17$$mu$$g/cm$$^{2}$$の炭素薄膜を透過した0.8MeV/atomのB$$_{2+}$$,B$$_{3+}$$,B$$_{4+}$$イオンのエネルギースペクトルを半導体検出器で測定し、2つのクラスター照射効果を観測した。まず、クラスターを構成する原子1個当たりの平均のエネルギー損失と0.8MeVのB$$^{+}$$イオンのエネルギー損失との薄膜依存は、薄い膜厚で1より大きくなり、膜厚が厚くなると1に近づくことがわかった。このことは、クラスターに対する阻止能が単原子イオンに対する阻止能を単に積算したものではないことを示している。また、測定に用いた半導体検出器の出力において、パルス波高欠損が観測された。これは、クラスターの持つ高いLETによって半導体中に高密度の電子・正孔プラズマが生成されたため、単原子イオンの場合よりも電子・正孔対の再結合の確率が高くなり、見かけの出力が小さくなったことによる。

口頭

10-540keV C$$_{60}$$イオンを照射したSi表面の損傷に対するクラスター効果

鳴海 一雅; 楢本 洋*; 山田 圭介; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 前田 佳均

no journal, , 

Si単結晶に10-540keVのC$$_{60}$$イオンを室温で照射し、照射損傷をRBS/チャネリング法で評価した。表面損傷ピーク強度の照射量依存性より、C$$_{60}$$イオン1個の衝撃による弾き出しを受けたSi原子数を求めた。また、同速度のCイオンによる弾き出しを受けたSi原子数をSRIM2008のシミュレーションにより求めた。入射イオンのエネルギーに対して後者は単調に増加するが、前者は飽和する傾向を示した。炭素原子1個あたりの弾き出しを受けたSi原子数の比を取ってクラスター効果を評価すると、100keV近辺をピークとする依存性を示し、ピークでは50程度となった。このエネルギー依存性は、衝突カスケードの粗密で定性的に説明できる。

口頭

10-540keV C$$_{60}$$イオンを照射したSi中の照射損傷に対するクラスター効果

鳴海 一雅; 楢本 洋*; 山田 圭介; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 前田 佳均

no journal, , 

室温で10-540keV C$$_{60}$$イオンを照射したSi結晶中の格子位置から変位したSi原子数を、ラザフォード後方散乱/チャネリング法で評価し、1個のC$$_{60}$$イオン衝撃により格子位置から変位したSi原子数を、照射量依存性を解析することから求めた。この解析により、照射損傷の照射量依存性がイオントラック的描像で説明できることがわかった。さらに、同じ速度のCイオンにより格子位置から変位したSi原子数を、SRIM2008を使って求め、照射損傷に対する非線形効果を評価した。非線形効果はC$$_{60}$$イオンのエネルギーに依存し、100keV近辺で最大になる。このエネルギー依存性は、核的阻止能とSi中でのC原子間距離の広がりによって定性的に説明できる。

口頭

数百keV C$$_{60}$$イオン照射によって形成された非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$薄膜中のイオントラックのTEM観察

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

no journal, , 

非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$薄膜に120-720keV C$$_{60}$$$$^{+}$$, 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、非晶質材料中に形成されたイオントラックを初めてTEMで直接観察した。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電子顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観測した。観測されたイオントラックは低密度コア(半径$$sim$$4nm)と高密度シェル(幅$$sim$$4nm)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(XAXS)で観測した結果とよく似ている。このことは、材料・照射イオン種によらず、コア-シェル構造が非晶質材料中に形成されるイオントラックの普遍的な特徴であることを示唆する。観測されたイオントラックの半径は、今回のエネルギー領域(電子的阻止能は急激に増大するが、核的阻止能は減少する)では入射イオンのエネルギーにほとんど依存しなかった。このことは、核的阻止能もまたイオントラック形成にかかわり、電子的阻止能よりもその効果が高いことを示す。

口頭

Cluster effects in collisional processes in a Si crystal bombarded with 10-540-keV C$$_{60}$$ ions

鳴海 一雅; 楢本 洋*; 山田 圭介; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 前田 佳均

no journal, , 

10-540keV C$$_{60}$$イオン衝撃したSi結晶の損傷の蓄積及びスパッタリング収量に対するクラスター効果を調べた。C$$_{60}$$イオン1個の衝撃による影響領域を円柱状と仮定すると、格子位置から変位したSi原子の面密度の照射量依存性がよく説明でき、このことはkeV C$$_{60}$$イオン衝撃によるSi中の損傷蓄積がイオントラック的描像で説明できることを意味する。C$$_{60}$$イオン1個の衝撃によって変位したSi原子数$${it N}$$$$_{D60}$$のエネルギー依存性は、SRIM2008で計算したC単原子イオン衝撃による$${it N}$$$$_{D1}$$のエネルギー依存性と異なる。Si中の照射損傷に対する非線形効果を、炭素原子1個あたりの変位Si原子数の比$${it N}$$$$_{D60}$$/(60$$times$$$${it N}$$$$_{D1}$$)で評価すると、100keV近辺で最大(50以上)になる。そのエネルギー依存性は核的阻止能とSi中での炭素原子間距離の増大によって定性的に説明できる。一方、スパッタリング収量は、100keV近辺で最大値(C$$_{60}$$あたり約600)を取る。Sigmundの線形カスケード理論から予測されるC単原子イオン衝撃によるスパッタリング収量と比較すると、スパッタリング収量に対する非線形効果はC$$_{60}$$のエネルギーに依存し、スパッタリング収量が最大になるエネルギー近辺で最大になった。一方で、10keVでは非線形効果はほとんど認められなかった。また、$${it n}$$$$^{2}$$依存性($${it n}$$はクラスターを構成する原子数)が観測されなかったことから、非線形効果が少なくとも熱スパイク効果では説明できないことが明らかになった。

口頭

Si中での30keV C$$_{60}$$イオンの投影飛程に対するクラスター効果

森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 木村 健二*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一

no journal, , 

本研究では、これまで飛程に対するクラスター効果がそれほど大きくないと考えられてきた$${it M}$$$$_{1}$$$$<$$$${it M}$$$$_{2}$$の場合について、それを実験的に明らかにする。ここで$${it M}$$$$_{1}$$, $${it M}$$$$_{2}$$はそれぞれ入射イオン及び標的を構成する元素の質量数である。あらかじめ表面に非晶質層を作製したSiウェファーに、30keV C$$_{60}$$$$^{+}$$と0.5keV C$$^{+}$$を室温で2$$times$$10$$^{15}$$ atoms/cm$$^{2}$$注入し、注入した炭素の深さ分布を、高分解能ラザフォード後方散乱法を用いて測定した。C$$_{60}$$注入に対するCの平均深さが6.1nmである一方、C$$^{+}$$注入の場合は4.0nmとなり、投影飛程に対する顕著なクラスター効果を観測した。

口頭

Direct observation of fine structure in ion tracks in amorphous thin films by TEM

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

no journal, , 

非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$薄膜に120-720keV C$$_{60}$$$$^{+}$$, C$$_{60}$$$$^{2+}$$イオンを照射し、非晶質材料中に形成されたイオントラックを透過型電子顕微鏡(TEM)で直接観測した。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測した。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)で観測した結果とよく似ていることがわかった。このことは、材料と照射イオン種によらず、コア-シェル構造が非晶質材料中に形成されるイオントラックの普遍的な特徴であることを示唆する。また、イオントラック半径の観測から、今回のエネルギー領域では、核的阻止能もまたトラック形成にかかわり、電子的阻止能よりも効果が高いことが見いだされた。

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