イオン照射によるポリマー表面改質の低速陽電子ビームを用いた評価法の開発

照射面の電気伝導性や細胞接着性の向上のため、イオン照射によるポリマーの表面改質が精力的に行われている。アウトガスや注入イオンの分布幅から、照射効果はポリマーと金属、半導体では大きく異なると予想される。照射層の質量と密度の変化に着目してイオン照射ポリマーの表面改質の評価法の開発を行った。ポリ乳酸(150keV He^+イオン 1×10^<14>〜1×10^<16>ions/cm^2)およびポリスチレン(1×10^<15>〜1×10^<16>ions/cm^2)試料について測定した。低速陽電子ビームによる陽電子消滅ドップラー幅測定を行い、深さ方向の変化をSパラメータで解析した。Sパラメータの値は照射層では未照射試料より小さく、イオンの到達しない深さでは未照射の値に回復する。切削の抗力変化から求めた照射層の厚さと照射層を通過する陽電子エネルギーを、陽電子入射距離を見積もる密度に依存した経験式に代入し、照射層の密度を求めた。また、照射面の大きな試料の照射前後の質量変化と照射層の厚さから密度を求めた。さらに、照射面の変化を確認するため、AFM、段差計の測定を行った。照射量1×10^<15>ions/cm^2のポリ乳酸では、照射層の質量の3/4が失われ、収縮により照射面が1.6μm低下し、厚さ1.1μmの照射層の密度は1.27g/cm^3から0.7g/cm^3へと大きく減少する。密度の値は質量変化から求めた値とよく一致した。本研究の手法は、MEMSなどのイオン照射による小面積部の質量と密度変化の測定法として利用できる。ポリスチレンについては解析中であるが、ポリ乳酸と同様にイオン照射量の増加とともに照射層の厚さが増加する。照射面の低下は0.15μmとポリ乳酸よりも一桁小さい。質量と密度の変化により、注入イオンの分布が広がるためと考えられる。照射層の質量と密度の大きな変化は、ポリマーでは注入イオン分布等のシミュレーションが難しく、本研究の手法およびRBS測定による評価の必要性を示している。密度は定量的なRBS測定のために不可欠な物理量である。

照射面の電気伝導性や細胞接着性の向上のため、イオン照射によるポリマーの表面改質が精力的に行われている。アウトガスや注入イオンの分布幅から、照射効果はポリマーと金属、半導体では大きく異なると予想される。照射層の質量と密度の変化に着目してイオン照射ポリマーの表面改質の評価法の開発を行った。ポリ乳酸(150keV He^+イオン 1×10^<14>〜1×10^<16>ions/cm^2)およびポリスチレン(1×10^<15>〜1×10^<16>ions/cm^2)試料について測定した。低速陽電子ビームによる陽電子消滅ドップラー幅測定を行い、深さ方向の変化をSパラメータで解析した。Sパラメータの値は照射層では未照射試料より小さく、イオンの到達しない深さでは未照射の値に回復する。切削の抗力変化から求めた照射層の厚さと照射層を通過する陽電子エネルギーを、陽電子入射距離を見積もる密度に依存した経験式に代入し、照射層の密度を求めた。また、照射面の大きな試料の照射前後の質量変化と照射層の厚さから密度を求めた。さらに、照射面の変化を確認するため、AFM、段差計の測定を行った。照射量1×10^<15>ions/cm^2のポリ乳酸では、照射層の質量の3/4が失われ、収縮により照射面が1.6μm低下し、厚さ1.1μmの照射層の密度は1.27g/cm^3から0.7g/cm^3へと大きく減少する。密度の値は質量変化から求めた値とよく一致した。本研究の手法は、MEMSなどのイオン照射による小面積部の質量と密度変化の測定法として利用できる。ポリスチレンについては解析中であるが、ポリ乳酸と同様にイオン照射量の増加とともに照射層の厚さが増加する。照射面の低下は0.15μmとポリ乳酸よりも一桁小さい。質量と密度の変化により、注入イオンの分布が広がるためと考えられる。照射層の質量と密度の大きな変化は、ポリマーでは注入イオン分布等のシミュレーションが難しく、本研究の手法およびRBS測定による評価の必要性を示している。密度は定量的なRBS測定のために不可欠な物理量である。