イオン照射によるセラミックスの高機能化

通过离子辐照提高陶瓷的功能

• 批准号: 10780315
• 负责人: 小林 知洋
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research (1999)The University of Tokyo (1998)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780315/
• 关键词: 絶縁性セラミックス; イオン注入; 遷移金属; アルミナ; 化学状態; クラスター; 拡散; エピタキシャル成長; イオン照射; 金属クラスター; 高濃度イオン注入; ラザフォード後方散乱分析; 原子間力顕微鏡

本研究の結果、アルミナ中に注入された高濃度で注入された遷移金属イオンはas-implantedの状態で直径4nmから14nm程度の金属クラスターを生成すること、クラスターサイズはアニールによって制御可能であることを示した。また、原子の拡散挙動を調べた結果、酸化され易さの差が顕著に現れ、鉄の場合には酸化によって表面側への拡散が促進されるのに対して、銅の場合には照射欠陥の消滅とともに移動できなくなることが明らかになった。さらに、注入イオンの存在状態に関して、鉄の場合には濃度が高い飛程付近では金属状態が支配的であり、濃度が低い分布の端の部分においては酸化されていることが明らかになった。このことより、クラスター生成に関与していない孤立元素が酸化状態にあることが示された。銅の場合には金属状態が存在すること、またCu^<2+>(CuO)が存在しないことが明らかになった。注入層における電気伝導はイオンの分布の幅、照射種に関わらず飛程近傍の金属濃度で決定されることを示した上で、ニッケルを注入した試料に関してクラスター間の熱活性化トンネリングモデルを適用することにより、電気伝導測定からクラスターサイズについて見積もった結果、注入濃度に応じてクラスターサイズが変化し、非オーム性が増大することを示した。酸化によって拡散が促進される鉄の場合には表面にアルミニウムを全く含まない酸化鉄の層を形成することが明らかになり、適当な照射量においてはアルミナ基板上にエピタキシャル成長することが明らかになった。以上の結果より高濃度金属イオン注入と絶縁性セラミックスの組み合わせにおいては照射量、熱処理熱条件の選択によりクラスターサイズのコントロールが可能であること、非オーム的導電層や金属導電層の形成や連続的組成変化を持った表面酸化物層の形成が可能であることを示し、機能材料の作製手法として応用可能であることを示した。

の results of this research, ア ル ミ ナ に injection in さ れ た high-concentration で injection さ れ た migration metal イ オ ン は as - implanted の state で diameter 4 nm か ら degree of 14 nm の metal ク ラ ス タ ー を generated す る こ と, ク ラ ス タ ー サ イ ズ は ア ニ ー ル に よ っ て suppression may で あ る こ と を shown し た. ま た, atomic の company, scattered 挙 motion を べ た results, acidification さ れ easy さ の poor が 顕 に れ now, iron objects の occasions に は acidification に よ っ て surface side へ の scattered が company, promote さ れ る の に し seaborne て, copper の に は irradiation owe 陥 の eliminate と と も に mobile で き な く な る こ と が Ming ら か に な っ た. さ ら に, injection イ オ ン の existence state に masato し て objects, iron の occasions に は high concentration が い fly cheng paying nearly で は metal state が dominate で あ り distribution, low concentration が い の end part の に お い て は acidification さ れ て い る こ と が Ming ら か に な っ た. こ の こ と よ り, ク ラ ス タ ー generated に masato and し て い な い isolated elements が acidification condition に あ る こ と が shown さ れ た. Copper の occasions に は metal state が exist す る こ と, ま た Cu ^ 2 + < > (CuO) が し な い こ と が Ming ら か に な っ た. Injection layer に お け る electric 気 伝 guide は イ オ ン の の distribution picture, irradiation に masato わ ら ず で decided to fly near alongside の cheng metal concentration さ れ る こ と を shown し た で, ニ ッ ケ ル を injection し た sample に masato し て ク ラ ス タ ー の between thermal activation ト ン ネ リ ン グ モ デ ル を applicable す る こ と に よ り, electricity 気 伝 guide determination か ら ク ラ ス タ ー サ イ ズ に つ い て Product も っ た results, injection concentration に 応 じ て ク ラ ス タ ー サ イ ズ が - し, non オ ー が raised ム sex す る こ と を shown し た. Scattered が acidification に よ っ て company, promote さ れ る iron objects の occasions に は surface に ア ル ミ ニ ウ ム を く all contain ま な い acidification iron objects を の layer formed す る こ と が Ming ら か に な り, appropriate な exposure に お い て は ア ル ミ ナ substrate に エ ピ タ キ シ ャ ル growth す る こ と が Ming ら か に な っ た. の above results よ り high concentrations of metal イ オ ン injection と never try sex セ ラ ミ ッ ク ス の group み close わ せ に お い て は exposure, 処 manage hot condition の sentaku に よ り ク ラ ス タ ー サ イ ズ の コ ン ト ロ ー ル が may で あ る こ と, non オ ー ム の や metal conductive layer to form the conductive layer や even 続 composition variations of を hold っ た が may で の acidification content layer formation on the surface Youdaoplaceholder0 とを とを とを indicates とを, functional materials are <s:1> manufacturing methods と て応 て応 may be used である とを とを とを to indicate た.

项目成果

T.Kobayashi: "Thermal annealing behavior of iron implanted into alumina" Ion Implantation Tecnnology. (発表予定). (1999)

T.Kobayashi：“铁注入氧化铝的热退火行为”离子注入技术（即将发表）。

T.Kobayashi and T.Terai: "Properties of metallic ions implanted into sapphire"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 148. 1059-1063 (1999)

T.Kobayashi 和 T.Terai：“注入蓝宝石的金属离子的性质”物理研究中的核仪器和方法 B. 148. 1059-1063 (1999)

T.Kobayashi and T.Terai: "Migration and assembly of transition metal atoms implanted in sapphire with a high dose"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. (掲載予定). (2000)

T.Kobayashi 和 T.Terai：“高剂量蓝宝石中过渡金属原子的迁移和组装”核物理研究仪器和方法 B.（待出版）。

T.Kobayashi: "Properties Of wetallic ions implanted into sapphire" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 148. 1059-1063 (1999)

T.Kobayashi：“注入蓝宝石的湿离子的性质”核物理研究仪器和方法 B. 148. 1059-1063 (1999)