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論文

Ion induced modifications of Mn-doped ZnO films

松波 紀明*; Ito, M.*; Kato, M.*; 岡安 悟; 左高 正雄*; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.191 - 195, 2015/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Instruments & Instrumentation)

マンガンを6%添加した酸化亜鉛薄膜を室温で100MeVキセノンイオンで照射し、X線回折(XRD)による原子構造や光学吸収,電気抵抗,磁化率測定といった物性にどのような変化が現れるか調べた。XRDの強度は照射量5$$times$$10$$^{14}$$ cm$$^{-2}$$まで単調に減少し、未照射試料の1/50になった。バンドギャップはほとんど変化しないが($$<$$ 0.02eV)、電気抵抗は4桁減少した。電気抵抗の変化でいえば、低エネルギーイオン照射(100keVネオンまたは窒素)に比べ変化の度合いが大きい。磁化率($$chi$$)の温度依存性はキュリー則に従い$$chi$$ = $$chi$$$$_{o}$$ + C/Tとなり常磁性を示す。キュリー定数Cは照射によって照射量10$$^{12}$$ cm$$^{-2}$$で未照射の値(C$$_{O}$$=0.012emu cm$$^{-3}$$ K)の半分まで減少した。

論文

Electrical property modifications of In-doped ZnO Films by ion irradiation

松波 紀明*; 福島 純一*; 左高 正雄; 岡安 悟; 須貝 宏行; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(19), p.3071 - 3075, 2010/10

 被引用回数:10 パーセンタイル:32.4(Instruments & Instrumentation)

原子力科学研究所タンデム加速器からの高エネルギー重イオン照射に特徴的に起こる固体中の電子励起過程を用いて、太陽電池電極の電極材などに用いられる透明半導体であるインジウム(In)ドープのZnOの照射改質の研究を行った。その結果Ne, Xeイオン照射によるイオン照射による伝導度の増加を見いだした。また、これはイオン照射に伴う固体中の電子励起効果により、ZnサイトをInが置換した結果であることを解明した。

論文

Ion irradiation effects on tungsten-oxide films and charge state effect on electronic erosion

松波 紀明*; 左高 正雄*; 岡安 悟; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(19), p.3167 - 3170, 2010/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.06(Instruments & Instrumentation)

多結晶WO$$_{3}$$薄膜(バンドギャップ$$sim$$3eV)へのイオン照射による電気特性および原子構造変化を調べた。WO$$_{3}$$薄膜はMgO基盤上のタングステン薄膜やタングステンシートを酸化することで準備した。90MeV Niイオンを$$sim$$3$$times$$10$$^{12}$$cm$$^{2}$$照射することで薄膜のディスオーダーまたは亜非晶質化を見いだした。このとき結晶格子は$$sim$$1.5%広がり、バンドギャップも0.2eV増大した。また光学吸収測定でも1.6$$mu$$m近傍になだらかな吸収ピークが現れた。高エネルギーイオンによる平衡電荷での電子励起によるスパッタ收率は10$$^{4}$$にのぼる一方、イオンインパクトでの非平衡電荷(90MeV Ni$$^{+10}$$)でのスパッタ收率は、平衡電荷(89MeV Ni$$^{+19}$$)の$$sim$$1/5にとどまった。

論文

High-energy ion irradiation effects on atomic structures and optical properties of copper oxide and electronic sputtering

松波 紀明*; 左高 正雄; 岡安 悟; 石川 法人; 田沢 真人*; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 266(12-13), p.2986 - 2989, 2008/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.37(Instruments & Instrumentation)

100MeV Xeイオン照射したCu$$_{2}$$O薄膜において、X線回折強度が減少する挙動を解析した。光学特性測定においては、照射によるバンドギャップの変化が検知されなかった。Cu$$_{2}$$Oにおいてはアモルファス化を起こさずに乱れが導入されることがわかった。

論文

Current status of chemical sputtering of graphite and related materials

松波 紀明*; 仲野 友英

Proceedings of International Symposium on EcoTopia Science 2007 (ISETS '07) (CD-ROM), p.321 - 322, 2007/11

Graphite and graphite-based materials are candidates for plasma-facing components in fusion devices, because of low atomic number (low erosion rate), high performance in mechanical property and thermal conductivity. A drawback of graphite is that the erosion (or sputtering) yield goes up to $$sim$$0.1 C/H, in comparing with the maximum physical sputtering yield of $$sim$$0.01, when graphite at elevated temperature of several hundred K is bombarded with energetic hydrogen or deuterium ions. This is known as chemical sputtering and originates from formation of hydro-carbons and easy release of them from the graphite. The current status of the chemical sputtering of graphite will be presented.

論文

Electronic sputtering of nitrides by high-energy ions

松波 紀明*; 左高 正雄; 岡安 悟; 田沢 真人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 256(1), p.333 - 336, 2007/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:34.69(Instruments & Instrumentation)

重イオン照射による電子励起機構(電子系から格子系へのエネルギー移行過程)を研究するため、東海タンデム加速器からの高エネルギーイオンを窒化物Si$$_{3}$$N$$_{4}$$とAlNについて照射し、電子励起効果によるスパッタリング収量を測定した。その結果を以前に測定した酸化物の高エネルギー重イオンによるスパッタリング収量と比較し、収量に関して物質のバンドギャップに依存することを確かめた。その結果について、多重エキシトンが関与する機構と物質の結合性(共有結合性,イオン結合性)について議論を行う。

論文

Electrical conductivity increase of Al-doped ZnO films induced by high-energy-heavy ions

須貝 宏行; 松波 紀明*; 福岡 修*; 左高 正雄; 加藤 輝雄; 岡安 悟; 志村 哲生*; 田沢 真人*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.291 - 294, 2006/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:24.89(Instruments & Instrumentation)

AlドープZnO(AZO)半導体薄膜は、電気伝導性及び可視光透過性に優れ、低コストで環境負荷の軽い透明電極材料として応用研究が行われている。熱的過程では限界があるAZO薄膜の電気特性向上を試みて、高エネルギー重イオン照射を行った。RFマグネトロンスッパター法により作製したAZO薄膜は、Al/Zn組成比4%,膜厚0.3$$mu$$mであった。フルーエンス4$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$まで100MeV Xeイオンを照射すると、電気伝導度は1.5$$times$$10$$^{2}$$から8$$times$$10$$^{2}$$S/cmまで単調に増加した。このような電気伝導度の増加は、100keV Neイオン照射の場合にも観測しているが、100keV Neイオン照射の場合には、フルーエンス3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$(深さ0.1$$mu$$mのレンジ付近で、7dpa)で電気伝導度が最大となった。100MeV Xeイオン照射の場合、フルーエンス4$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$におけるdpaは0.008となるので、100MeV Xeイオン照射における電気伝導度の増加は、電子励起効果によると考えられる。

論文

Irradiation effects with 100 MeV Xe ions on optical properties of Al-doped ZnO films

福岡 修*; 松波 紀明*; 田沢 真人*; 志村 哲生*; 左高 正雄; 須貝 宏行; 岡安 悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 250(1-2), p.295 - 299, 2006/09

 被引用回数:21 パーセンタイル:14.5(Instruments & Instrumentation)

AlドープZnO(AZO)半導体薄膜は、電気伝導性及び可視光透過性に優れ、低コストで環境負荷の軽い透明電極材料として応用研究が行われている。熱的過程では限界があるAZO薄膜の電気特性向上を試みて、高エネルギー重イオン照射を行い、光学特性の変化を調べた。RFマグネトロンスッパター法により作製したAZO薄膜は、Al/Zn組成比4%,膜厚0.3$$mu$$mであった。フルーエンス4$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$までの100MeV Xeイオン照射により、電子励起効果によると考えられる電気伝導度の増加(1.5$$times$$10$$^{2}$$から8$$times$$10$$^{2}$$S/cm)を観測したが、照射前後の吸光度測定及びX線回折測定によると、可視光透過率及び結晶性に大きな変化はなかった。

論文

Modification of optical properties of silicon nitride films on Si(100) by ion beams

Shinde, N.*; 松波 紀明*; 田沢 真人*; 左高 正雄; 知見 康弘

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 31(3), p.709 - 712, 2006/09

窒化シリコンは高温構造材料や太陽電池のコーティング材として注目されている物質である。窒化シリコン薄膜をシリコン単結晶(100)基板上にRFスパッタ法で作成した。作成した薄膜の構造はX線回折法により非晶質であること、また、ラザフォード後方散乱法により膜厚と組成の解析した結果、膜厚は0.28$$mu$$m、組成は化学量論的(n/Si=4/3$$pm$$5$$%$$)であることを確認した。窒素イオン照射試料を波長0.5$$mu$$での反射率の変化を測定した結果、エネルギー0.1MeVイオンを0.9$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射した場合2.5$$%$$、0.5MeVイオンを0.5$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射した場合は5.5$$%$$照射前より増加した。0.1MeVと0.5MeVの窒素イオンの飛程はそれぞれ0.18,0.66$$mu$$mであるからこの結果は基盤と薄膜両者の照射誘起改質の結果といえる。同様の実験をSiO$$_{2}$$ガラス基盤上の薄膜試料で行った実験では反射率は減少することがわかっている。今回の結果の原因について、イオン照射による薄膜の密度変化,窒素イオンの薄膜へのインプラント,イオン照射による基板の改質効果に関して議論する。

論文

A Multi-exciton model for the electronic sputtering of oxides

松波 紀明*; 福岡 修*; 志村 哲生*; 左高 正雄; 岡安 悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 230(1-4), p.507 - 511, 2005/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:47.04(Instruments & Instrumentation)

高エネルギー重イオン照射に伴い高密度電子励起による固体内原子変位の機構解明を目的として東海研タンデム加速器を用いて各種の高エネルギーイオンビームを用い自己保持カーボン補修によりスパッタリング収量を測定し、また、電流測定法によりイオン照射による放出電子と放出イオン収量の測定を行った。試料は電子構造の異なる種々の酸化物(酸化珪素,酸化マグネシウム,スピネル,ジルコニアなど)であり、照射イオン種(Ni, Ar, Xeなど)と照射エネルギー(60-200MeV)は電子的阻止能を連続的に変化させて照射するために選んだ。スパッタリング測定の結果、電子励起スパッタリングは弾性散乱に基づく計算値に対して最大1000倍大きい、スパッタリング収量は電子阻止能のべき乗に比例する、べき乗の指数とスパッタリング収量は物質依存性があり、収量に関しては酸化物のバンドギャップに関係していることなど電子励起スパッタリングの存在と特性がわかった。電流測定法によりスパッタリング粒子の約10%は正イオンであることがわかった。イオン放出量が少ないことから、電子励起モデルの一つであるクーロン爆発モデルは妥当でないことがわかった。そこでthermal spikeモデルの妥当性とともに、self-trapped excitonモデルの適応性について議論する。

論文

Ion beam modification of ZnO thin films on MgO

松波 紀明*; 伊藤 正治*; 高井 吉明*; 田沢 真人*; 左高 正雄

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.282 - 286, 2003/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:17.2

MgO上に成長させたZnO薄膜のイオン照射による結晶性,光学的・電子的特性を調べた。イオンは100keVのNeイオンを用い、照射は10dpaまで行った。照射による結晶粒の成長がSEMにより確認された。X線回折の結果から結晶方向の再配置が見られた。可視光領域での透明度はこの照射量では変化はなかった。電気抵抗は低照射量領域では照射量とともに100倍以上増大し、その後減少し、照射前に対し約2倍のほぼ一定値を保った。単結晶フィルムとキャリアをドープしたフィルムについても議論する予定である。

論文

Sputtering of nano-crystalline gold by high energy heavy ions

松波 紀明*; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏; 稲見 隆*; 小檜山 守*

Journal of Nuclear Materials, 302(2-3), p.206 - 210, 2002/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.36

物質に対する放射線の効果において、結晶粒の大きさと電子励起との2つの効果を調べるために、ナノ結晶の金と多結晶の金について高エネルギー重イオンによるスパッタリング収率の測定を行った。その結果2つの試料に対するスパッタリング収率は有意な差が見られなかった。また、その収率は弾性衝突カスケードによる計算値と一致し、電子励起効果は見えなかった。

論文

Electronic sputtering of oxides by high energy heavy ion impact

松波 紀明*; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 193(1-4), p.830 - 834, 2002/01

 被引用回数:19 パーセンタイル:20.96

原研タンデム加速器からの高エネルギー重イオンを酸化物に照射し、電子励起によるスパッタリング収量を測定した。照射試料はSrCeO$$_{3}$$とSiO$$_{2}$$を用いた。スパッタリング収量は炭素薄膜法を用いて測定した。スパッタリング収量は弾性散乱カスケードによる計算値と比べて、どちらの試料も約1000倍大きいことがわかった。また、収量は電子的阻止能Seに対してSe$$^{n}$$の形で表せ、$$n$$は2-3であることがわかった。

論文

Sputtering of high ${it Tc}$ superconductor YBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-delta}$$ by high energy heavy ions

松波 紀明*; 左高 正雄; 岩瀬 彰宏

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 175-177, p.56 - 61, 2001/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.79

高エネルギー重イオン照射による高温超伝導体中の電子励起効果を研究するため、東海研タンデム加速器からの重イオンを用いてスパッタリング測定を行った。スパッタリング測定はイオン照射による電子変位の直接測定の一つであり、放射線損傷と密接な関連がある。MgO上の約100nmの結晶を200MeVのヨウ素イオンで照射し、放出粒子を試料の直前に置いた炭素薄膜で補修し、その補修量に基づきスパッタリング収量を求めた。収量は約600の値を持ち、TRIMによる弾性散乱による収量の計算値と比較した結果、約1000倍であり、著しい電子励起効果が得られた。

口頭

高エネルギーイオン照射による多結晶SiO$$_{2}$$膜の結晶粒配向

Shinde, N.*; 松波 紀明*; 志村 哲生*; 左高 正雄; 岡安 悟; 田沢 真人*

no journal, , 

東海研タンデム加速器からの高エネルギー重イオンを用いて多結晶SiO$$_{2}$$に高エネルギーイオンビーム照射を行った。SiO$$_{2}$$に関しては単結晶とアモルファス試料についての研究はあるが、多結晶に対する研究はほとんどない。単結晶で見いだされている照射によるアモルファス化と低エネルギーイオン照射によって見いだされている多結晶試料の結晶成長と配向性の変化との比較を行った。試料は単結晶基板を大気中で1300$$^{circ}$$Cに加熱して作成したtridymite構造の薄膜であり、薄膜厚は1.3$$mu$$、組成比(O/Si)は1.99である。この試料に対し100MeVのXeイオンと90MeVのNiイオンを照射量3$$times$$10$$^{13}$$/cm$$^{2}$$まで照射した。X線回折の結果、Xeイオンを1.7$$times$$10$$^{12}$$/cm$$^{2}$$照射した試料のX線ロッキングカーブは未照射試料と比較すると半値幅が約15%減少し、回折強度は半分に減少した。AFM観察によると結晶粒径は照射前後で変化はなかった。高エネルギーイオン照射による結晶粒配向整列とアモルファス化が考えられる。ただし、単結晶全体がアモルファス化する照射量と比べてこの場合は数桁小さい。イオンが作るトラック内のアモルファス化と結晶全体のアモルファス化などの検討を行う予定である。

口頭

Cu$$_{3}$$N薄膜のイオン照射効果と相分離

松波 紀明*; 垣内田 洋*; 田沢 真人*; 左高 正雄; 岡安 悟; 須貝 宏行

no journal, , 

原子力科学研究所タンデム加速器から得られるイオンによる酸化物・窒化物の電子・原子構造改質について研究しているが、本講演ではCu$$_{3}$$N窒化物薄膜のイオン照射による物性改質について述べる。また、これまでに得られた酸化物の結果との比較を行う。Cu$$_{3}$$試料はAl$$_{2}$$O$$_{3}$$基板(R面)上にNRF-マグネトロンスパッタにより作成した。膜厚は200nm程度である。100keV Neイオン照射の結果、以下のことを明らかにした。第1に、未照射時の比抵抗(約20$$Omega$$cm)が照射量10$$^{14}$$cm$$^{2}$$にて3桁小さくなる。未照射試料の比抵抗は温度(80-290K)とともに減少し、半導体的特性を示す。照射後の比抵抗の温度依存性は温度とともにわずかに減少した。第2に、光学吸収スペクトルから未照射試料のバンドギャップとして2eVを得た。イオン照射後、吸収端スペクトルはなだらかになった。第3に、照射量10$$^{14}$$cm$$^{2}$$にて(100)面X線回折強度は2桁減少した。第4に、照射量をさらに10$$^{16}$$cm$$^{2}$$に増やすと比抵抗はさらに2桁減少し、この場合の比抵抗は温度とともにわずかに増加するすなわち金属的特性を示した。さらに、X線回折パターンにCu金属の回折ピークが現れた。高照射量でのこれらの結果は、Cu$$_{3}$$Nが相分離をおこしていることを示唆する。低照射量領域での相分離の可能性,高エネルギーイオン照射との比較を行う。

口頭

高エネルギー重イオンによるラザフォード後方散乱分光

中村 暢彦; 松田 誠; 左高 正雄; 高廣 克己*; 松波 紀明*

no journal, , 

ラザフォード後方散乱(RBS)法によるイオンビーム解析の高分解能化を目的とし、従来、入射ビームとしてエネルギー1MeV領域の$$^{4}$$Heイオンなどを用いる手法に対し、高エネルギー重イオンを用いた分光を行った。原子力機構東海タンデム加速器からの核子あたりのエネルギー1MeV程度の$$^{12}$$C, $$^{22}$$Ne及び$$^{40}$$ArイオンをAu薄膜,Cu薄膜及びGaAs結晶などの標的に入射し、通常のシリコン検出器を用いて後方散乱スペクトルを測定した。得られたスペクトルから、通常の$$^{4}$$Heイオンビームでは分離できないCu同位体及びGaAs元素の分離が可能であることがわかった。

口頭

酸化タングステン薄膜の照射効果とスパッタリングの入射イオン電荷効果

松波 紀明*; 左高 正雄; 岡安 悟; 垣内田 洋*

no journal, , 

原子力科学研究所タンデム加速器を用いて酸化タングステン(WO$$_{3}$$)の高エネルギー重イオン(90MeV Niイオン)照射を行った。3$$times$$10$$^{12}$$cm$$^{-2}$$の照射量において酸化タングステン薄膜の非晶質化,バンドギャップのシフト,1.6$$mu$$付近での光吸収ピークが見られた。この照射において、酸化タングステンのスパッタリングによる固体の侵食量はイオンの平衡電荷(19+)での照射に対して、非平衡電荷(10+)での照射では減少していることがわかった。これにより、重イオンによる固体のスパッタリングにおいて入射イオン電荷依存性を見いだした。

口頭

原子力機構東海タンデム加速器における重イオンRBS分光

中村 暢彦; 松田 誠; 遊津 拓洋; 左高 正雄; 高廣 克己*; 松波 紀明*

no journal, , 

われわれは重元素の組成分析能の向上のために、入射ビームとして高エネルギー重イオンを用いたラザフォード後方散乱(RBS)法を試みた。原子力機構東海タンデム加速器からの核子あたりのエネルギーが1.25MeVの$$^{22}$$NeビームをAu薄膜(約1nm),Cu薄膜(約10nm),GaAs単結晶,Ge単結晶標的に入射して後方散乱スペクトルを測定した。用いた検出器は通常のシリコン検出器である。$$^{22}$$NeビームをAu薄膜に入射して求めたこの測定系のエネルギー分解能は約1.2%(FWHM@18MeV)であった。このエネルギー分解能は通常のRBS法の同程度以下であるが、イオンビームをCu薄膜,GaAs単結晶,Ge単結晶に入射して散乱スペクトルを測定したところ、標的の元素及び同位体が分離できた。これらの測定から高エネルギー重イオンによるRBS法は重元素標的に対して十分な質量分解能を持ち、その組成分析に有効であることを確認した。

口頭

InドープZnOのイオン照射効果

松波 紀明*; 福島 潤*; 左高 正雄; 岡安 悟; 須貝 宏行; 垣内田 洋*

no journal, , 

原子力科学研究所タンデム加速器からの高エネルギー重イオンをインジウム(In)ドープのZnOに照射した。InドープのZnOは太陽電池電極の電極材などに用いられる透明半導体である。高エネルギーNe及びXeイオン照射の結果、電気伝導度が照射量に対し数桁上昇することを見いだした。これは高エネルギー重イオン照射に特徴的に起こる固体中の電子励起過程により、ZnサイトをInが置換した結果であることを見いだした。

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