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酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*
QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 140, 2018/03
In this work, we report on the application of a UV/EB curable resin, in proton beam writing (PBW) for the fabrication of fine neutron optics devices. The resin is a liquid at room temperature; therefore, it mixes easily with functional materials, such as neutron absorbers. However, 20-30 
m thick neutron absorber must be required as the grating materials. So PBW is a promising technique to fabricate the neutron devices. The fabrication process is similar to lithography. The neutron absorber is gadolinium oxide (Gd
O
). Pattern exposures are performed using 3 MeV proton beams approximately 1 m in diameter. The irradiated areas are quickly cured by polymerization. The fabricated gratings were observed using an optical microscope. The microscopic images show that the patterns of the fabricated structures agree well with the original one. In addition, a lateral direction of the sample was observed using the scanning electron microscope (SEM). The thickness of the sample is approximately 35 m. In conclusion, the fabrication of grating structures is successful and the results also proved that the UV/EB curable resin is very promising material for use in PBW micromachining.
酒井 卓郎; 飯倉 寛; 安田 良; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 石井 保行
no journal, ,
MeV級プロトンビームの直接描画による微細加工技術(Proton Beam Writing: PBW)は、アスペクト比の高い加工が可能であり、光導波路の作成などに応用されている。加工の深さ方向は入射プロトンの飛程により一義的に決まるため、深度制御が必要な場合は、入射ビームのエネルギーを変更する必要があるが、調整には長時間を要し、位置再現性にも問題がある。そこで、プロトンビームの飛程を調整するレンジシフターを導入し、短時間で3次元的な加工が可能な技術開発を行った。薄膜を通過させることで飛程を調整するレンジシフターを用いる場合、ビームは多重散乱により発散してしまう。このため、1m程度まで集束したマイクロビームに適用することは、従来までは行われていなかった。一方、TIARAの軽イオンマイクロビーム装置においては、プロトンビームを大気中に取り出すためのビーム窓があり、この膜厚を可変にすることで、レンジシフターとして利用することが可能である。加工を施すレジスト材料は、感度の高い紫外線硬化樹脂(EO変性ビスフェノールAジアクリレート)を利用し、5種類の深度(高さ)に対応するパターンをそれぞれ照射した。照射後の試料をエタノールで現像し、走査電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果、想定した通りの構造に加工できていることが確認できた。また、この加工に要した時間は10分以下であり、新たな3次元加工技術としての応用が期待できる。
酒井 卓郎; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 山本 春也*; 内田 正哉*
no journal, ,
真空中を伝播する電子が、平面波や球面波ではなく、らせん状の波面を持ち得ることが内田・外村により初めて報告された。光の分野においては、らせん状の波面を持つ波は既に知られていたが、電子が同様の波面を持ち得ることは全く考えられておらず、大きな注目を浴びた発見である。本研究においては、中性子も同様にらせん状の波面を持ち得ることを観測するために、MeV級プロトンビームの描画(Proton Beam Writing: PBW)による微細加工技術を駆使して中性子用の回折格子の作製に取り組んでいる。作製の手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を紫外線硬化樹脂に混入し、超音波ホモジナイザーで数時間撹拌した試料に対して、大気中でパターン照射を行った。利用したプロトンビームのエネルギーは3MeV、電流1
2pA、照射時間は10分以下である。照射後、エタノールで現像処理を行った後、塩酸で未照射部位の酸化ガドリニウムをエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行った。また作成パターンに関しては7
7配列の格子パターンを利用した。一部格子形状が崩れている部分もあるが、概ね設計パターン通りに作製できている。
