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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.
喜多村 茜; 小林 知洋*
放射線化学(インターネット), (104), p.29 - 34, 2017/10
フッ素系高分子材料は、耐化学薬品性が高いがゆえ、従来の微細加工技術が適用できない。そこで、放射線には容易に分解される特性を利用した微細加工技術の研究が進められている。我々は放射線の中でもイオンビームに着目し、イオンビームがもたらす多様な照射効果を利用した新しい微細加工技術の開発に取り組んできた。イオン注入法では、PTFE表面に金型を利用することなく、照射だけで芝生のような微小突起が密集した構造面を作製できる。プロトンビーム描画法では、入射イオンがPTFE内部に侵入する過程で発生した分解ガスを利用し、PTFE表面に内部から隆起した頂点を持つ構造体を作製することができる。またプロトンビーム描画法の後にイオン注入法を行うことによって、芝生状突起構造面に平滑な線の描画形状が形成された構造を作製できる。今回は、イオン注入法、プロトンビーム描画法、及び両手法を組み合わせた計3種類の技術を使って得られる微細加工法について述べた。
酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 石井 保行; 及川 将一*; 島田 博文*; 芳賀 潤二*
第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.73 - 76, 2005/10
TIARAのマイクロビームシステムにおいては、ビームの走査制御は、PCベースのシステムで行っているが、その機能としては、Qレンズのビーム集束パラメーター調整用の二次電子画像のリアルタイム表示と、PIXE分析などに用いる均一走査照射などの単純な照射制御しか行っていなかった。今回、ビーム走査制御用PCに、新たにビーム描画機能の付加を行ったので報告する。近年、微細加工の新たな手法として、数MeV程度のイオンマイクロビームを用いた加工技術が、シンガポール国立大学等のグループによって開発され、高アスペクト比の加工が可能な方法として、注目を集めている。しかしながら従来まで、国内においては研究開発がほとんど行われておらず、新たに今年度より、芝浦工業大学のグループと共同で研究を開始した。今回予備的に行った実験では、PCにあらかじめセットしたライン&スペースのパターンに対応するビーム走査信号をデジタル-アナログ変換器(DAC)から設定した時間間隔で出力、1.7MeV水素イオンマイクロビームを試料上に描画照射することにより、レジスト材であるPMMA膜上にパターンを転写できることを確認した。
池浦 広美*; 関口 哲弘; 小池 正記*
Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 144-147, p.453 - 455, 2005/06
被引用回数：15 パーセンタイル：56.91(Spectroscopy)ZEP520はポジ型電子照射レジスト材料であり、半導体微細加工において最良の空間分解能を与えている。そのため近年PMMAに代わりゾーンプレート素子等のデバイス材料に使われ始めている。さらなるパターンサイズ微細化のためにはラインエッジラフネス,ポリマー凝集など課題を抱えている。本研究においてはZEP520の基礎物性を得ることを目的とし、直線偏光放射光による内殻励起分光を用い、ZEP520/Si(100)の薄膜特性とX線照射効果を調べた。脱離イオン検出による表面偏光解析によりC-Cl結合は最表面においてのみ配向(40
)を示した。Cl 1s内殻励起によりC-Cl結合が顕著に切断されCl元素が排除される。Si 1s励起により基板との放射線化学反応生成物が増加する。生成物収量の励起エネルギー依存性測定により反応生成物(SiC
H
O
Cl
)の電子構造,生成機構を考察した。
佐藤 泰紀*; 山口 大地*; 大島 明博*; 加藤 孝則*; 池田 重利*; 青木 靖*; 田中 茂; 田畑 米穂*; 鷲尾 方一*
JAERI-Conf 2003-001, p.245 - 250, 2003/03
シンクロトロン放射(SR)を用いた直接的光エッチング法による架橋PTFEの加工を試み、高アスペクト比の微細加工が可能であることを示した。架橋PTFEのエッチング速度は、未架橋PTFEの場合の約2倍であることを見いだした。その理由として、架橋構造に由来する活発化した分子運動が原因でないかと思われる。SR照射後の材料表面をDSCとFT-IRで分析した結果、SR照射後の未架橋PTFEの表面部分(数10m)は変質し、SRにより架橋されていることが示唆された。
小林 泰彦; 田口 光正; 渡辺 宏; 山本 和生*; 山崎 修平*; Tu, Z. L.*; 金城 雄*; 木口 憲爾*
Proceedings of 11th International Congress of Radiation Research (ICRR-11), 2, p.182 - 186, 2000/00
生物に対するイオンビームの照射効果を詳細に解析するためには、従来のランダムな照射方法から脱却して細胞の特定部位に照準した局部照射による影響を明らかにする必要がある。また重イオンマイクロビームは特定の細胞への局部照射による細胞群の機能解析や胚原基マップ作成などの研究に応用できるほか、新しい細胞微細加工技術に発展する可能性を持っている。そのためわれわれは、アパーチャー系でコリメートした重イオンマイクロビームを大気中に取り出して顕微鏡観察下の生物試料に照射する装置を製作し、AVFサイクロトロンの垂直ビームラインに設置した。この生物用重イオンマイクロビームを用いて原研で進めている、カイコ発生初期卵に対する重イオン局部照射効果及びカイコ受精卵の発生過程の解析研究について概説する。
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; 安田 良; 飯倉 寛; 佐藤 隆博; 石井 保行
no journal, ,
We report a unique micromachining technique using proton microbeam and range shifters. The combination of these devices enables rapid fabrication of 3D microstructures. The range shifters are used to control the depth profile of energetic particle beams in materials. This device is an essential technique in particle cancer therapy. In this work, we have demonstrated fabrication of 3D structures made from UV/EB curable resin using the scanning proton microbeam. The height of the structures depends on the penetration depth of the proton beam that is controlled by the range shifters. Five different polymer films are used as the range shifters. Optical microscopy and scanning electron microscopy have been used to characterize the fabricated samples. The results show that the control of proton beam depth is successful and degradation caused by straggling is tolerable. In conclusion, this new technique is very promising to fabricate 3D structures.
雨宮 邦招*; 越川 博; 八巻 徹也; 前川 康成; 蔀 洋司*; 木下 健一*; 沼田 孝之*; 田辺 稔*; 福田 大治*
no journal, ,
熱形放射計では、すべての光を反射なく吸収するとともに、それにより生じた温度変化を高感度に検出することが重要である。従来の光吸収体は広帯域であるものの脆くて扱いづらく、また熱電温度センサーの感度も十分ではなかった。そこで本研究では、最新の微細加工技術を駆使して、機械的強度を有した光吸収体材料と低ノイズの温度センサーを開発した。光吸収体については、イオンビーム照射により高分子の表面に微細錐体構造を形成した後、炭素系黒色材で被覆することで、紫外-近赤外域の反射率を1%にまで低減できる見込みである。この新規光吸収層は、エアブローやテープ剥離試験による影響がないことも確認された。一方、温度センサーとしては、温度上昇によって生じる熱変形を高感度で検出できるバイメタルMEMS方式を採用することによって、理論限界に近い検出感度を達成しつつある。
雨宮 邦招*; 越川 博; 八巻 徹也; 前川 康成; 蔀 洋司*; 木下 健一*; 沼田 孝之*; 田辺 稔*; 福田 大治*
no journal, ,
光吸収による温度変化を高感度で検出する熱形放射計では、入射光を反射させずにすべて吸収できる材料(以下、黒色吸収体)が不可欠であるが、低反射率と機械的強度を兼ね備えた黒色吸収体は未だに存在しない。そこで本発表では、TIARAにおけるイオンビーム微細加工技術を用いた黒色吸収体の新しい作製法を提案する。材料表面の光学応答を考慮した有限差分時間領域法による設計に基づき、CR-39の重イオンビーム照射と化学エッチングで表面に錐体構造を形成した後、炭素系黒色材で被覆した。得られた試料では、エッチピットのアスペクト比と吸収層の膜厚が十分確保されているため、紫外-近赤外域の反射率が1%以下に低減されるとともに、エアブローやテープ剥離試験にも耐えうる強度を持つことが確認された。
長澤 尚胤; 木村 敦; 出崎 亮; 石井 保行; 山田 尚人; 江夏 昌志; 島田 明彦; 大久保 猛; 佐藤 隆博; 田口 光正
no journal, ,
近年、iPS細胞やES細胞技術によって患者自身の幹細胞を生体外で分化誘導して、治療に用いる再生医療が実現しつつある。細胞が増殖し、臓器形状を保持する足場材料としてハイドロゲルの利用が注目されている。細胞培養に影響を与えるゲル表面の微細な形状や化学的な特性を調べるために、生理的に無害である多糖類誘導体を原料として、プロトンビームによる分解・架橋反応を利用したゲル微細加工技術の開発を行った。ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)の濃厚水溶液(30wt%)を調製し、TIARAのシングルエンド加速器からの2.5あるいは3MeVのプロトンビームを照射した。含水試験などから、ゲル構造体が形成していることが分かった。さらに、プロトンビームのスキャン形状を制御することにより、ラインアンドスペース等のゲル構造体を作製できる見通しを得た。
上野 若菜; 篠原 武尚; 關 義親; 甲斐 哲也; Parker, J. D.*; Sadeghilaridjani, M.*; 加藤 秀実*; 矢代 航*; 百生 敦*
no journal, ,
3枚の回折および吸収格子から構成されるTalbot-Lau干渉計を用いた中性子位相イメージングでは、物質透過後の中性子の位相変化を利用し、従来の吸収コントラストと比較して高感度なイメージングが可能となるが、その撮像サイズや画質は、吸収格子の面積、および格子の製作精度により制限される。本研究では、中性子吸収断面積が極めて大きいGdを主成分とする金属ガラスのインプリント技術と、その型になるSiウエハの微細加工とを組み合わせて、干渉計に使用する吸収格子を製作した。インプリント技術では、型の形状がそのままガラスに転写されるため、その製作精度が重要である。また、上質な画像を得るための格子の周期と高さはミクロンオーダーでかつ高アスペクト比である。そこで型は、フォトリソグラフィおよびシリコン深堀エッチング(Deep-RIE)により製作した。今回、中性子吸収格子として、2cm角の周期9m、高さ30mのGd基金属ガラス格子を製作したので報告する。
酒井 卓郎; 飯倉 寛; 松林 政仁; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 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報告された。電子がこのような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おり、現在までの進捗状況を報告する。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対して、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、現像処理を行った後、塩酸で未照射部位をエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行った。その結果、設計通りの加工ができることを確認した。
酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 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。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対してパターン照射を行った。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うことで、設計通りの回折格子を作製できた。
酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 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事が発見された。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。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対して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12pA、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、今年度においては、5
5の多配列回折格子の作製に成功したので、この件に関しても報告する。
喜多村 茜
no journal, ,
フッ素系高分子材料は、耐薬品性や電気絶縁性が高く、幅広い分野で価値の高い優れた特性を示すが、化学的安定性が高いがゆえに、一般的な微細加工技術が適用できない材料でもある。そのため我々は、放射線によって容易に分解される特性に着目し、イオンビームによる新しい微細加工技術の開発に取り組んできた。イオン注入法では、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に対し、80keV-380keVで加速させた窒素分子イオンを使用した。照射量110
ions/cm
で表面は、芝生状の微小な突起が密集した構造となった。形状変化過程は、表面が削られることで芝生上構造となるトップダウン型であることがわかった。プロトンビーム描画法では、直径1mに集束させた3MeVのプロトンマイクロビームを使用した。この手法では、ビームを、ある点(起点)から螺旋状に広がるように走査することで、起点を頂点とした多孔質の円錐が隆起するボトムアップ型の加工が行えた。大面積均一重イオンビーム照射法では、ポリフッ化ビニリデンに対し、雰囲気制御環境下で330MeVの均一Arビームを照射した。照射後はトラックエッチング技術を用いて、PVDF膜に穿孔を作製した。酸素雰囲気下での照射により、積極的に飛跡内へ親水性官能基を導入することで、エッチング処理時に飛跡内への溶液の浸透が促進され、強酸化剤(一般的に用いられるが膜に損傷を与える)を添加することなく、効率的に穿孔が形成できることがわかった。
西村 昭彦; 山田 知典; 古澤 彰憲; 竹仲 佑介*
no journal, ,
原子力におけるレーザー研究の中で、今後のレーザー蒸発プロセスとレーザー微細加工プロセスの展開について概要を述べる。原子力研究において、レーザー蒸発が重要となるのは廃止措置における微量サンプリングの需要が増すことによる。これは主として福島原子力発電所の廃止措置において将来取り出される核燃料デブリを対象とした核種の質量分析が必要となるためである。また、原子炉を解体処分する際にも放射性物質による汚染が懸念される配管内壁について、事前に微量サンプリングを行う必要性が増す。一方、レーザー微細加工に関しては、光ファイバコアに回折格子を描画する技術が有用となる。この技術で製作された光ファイバ歪センサは、600Cを超える耐熱性を有する。これを用いた遠隔からの冷却配管の健全性モニタリングは、原子炉だけでなく蓄熱発電所、燃料電池固体電解質、高温化学プラント配管、ロケットノズル、太陽熱プラントなど多くの産業分野の安全性向上で役立つ。
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12pA、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77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。
西村 昭彦
no journal, ,
東日本大震災を経た現在、日本再興戦略の政府方針の下で、IoTを最大限活用する施策が進められている。建築土木の分野では、構造体の健全性モニタリングとして、高速多点計測が可能なFiber Bragg Grating (FBG)センシングの導入が進められている。講演者が開発した耐熱FBGセンサの普及が進めば、再稼働が進む原子力発電所や高経年化が懸念される石油化学プラントなど、高温かつ高圧の流体を輸送する施設の配管やタンクの溶接部の健全性の監視に役立つ。講演では、点描法を用いたパルスレーザ加工による耐熱FBGセンサの開発と高温Na配管への実装について経緯を振り返る。また、日本で初めて導入されるカルノーバッテリーシステム(溶融塩蓄熱発電)についての適用について発表する。
後藤 亜紀*; 山下 真一*; 喜多村 茜; 田川 雅人*
no journal, ,
原子状酸素(Atomic oxygen: AO)は、地球周回低軌道に存在する残留大気の主成分であり、人工衛星などの宇宙機に重大なハザードをもたらす原因の一つである。このAOは、宇宙機周回速度の約8km/s(並進エネルギー約5eV)を相対速度として宇宙用熱制御材料として使用されている高分子材料に衝突し、表面を酸化及び浸食することによって機械特性や熱光学特性を低下させる。このため、AO照射による高分子材料の劣化予測及び防護技術の確立は不可欠である。AO照射装置を用いた先行研究では、AOとの相互作用によって、高分子材料表面にナノ及びマイクロメートルオーダーの針状突起(微視的突起構造)が形成されることが報告されている。我々は、AOが有する高分子材料表面の微視的突起構造形成能に着目した。これまでに、宇宙機設計の観点から、AOと高分子材料表面の相互作用に関して、質量損失、反応生成物(反応初期過程)、機械及び熱光学的変化など「巨視的」または「反応量論的」な理解が報告されている。しかしながら、「微視的」な突起構造の形成メカニズムの詳細は、よく分かっていない。AO照射による微視的突起構造の形成は、材料表面の「浸食劣化」ではあるが、積極的な「表面改質」とも言える。本研究では、AO照射による高分子材料の表面改質技術の開発と応用展開を目的として、AOと高分子材料の相互作用により形成される微視的突起構造の形成メカニズム及び形状制御方法を検討した。微視的形状形成メカニズム及び形状制御方法を明らかにするためには、表面形状を決定づけるAOビームと高分子材料の化学的特性に関するパラメータの抽出が重要である。本研究では、AOビームのフルエンス、化学組成及び構造(側鎖の有無や含有官能基)がもたらす微視的突起構造への影響について、高分子材料の表面観察を通して検討した結果を報告する。
