ガスフェーズレーザーアブレーションによる反応性高強度超音速原子線の創成

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本研究は宇宙技術として開発されたレーザーデトネーション原子ビーム源のフラックスの増大により(>10^<18>atoms/cm^2/s)、これまで不可能であった原子間結合エネルギー以上の並進エネルギーをもつ高強度超音速パルス原子ビームを創成し、表面科学・デバイスプロセス分野への新規応用展開を目指すものである。特に本申請ではイオンビームなどの荷電ビームの適用が困難な半導体材料等へのチャージアップフリー表面改質および加工(酸化除去、フッ素化)ならびに原子ビームデポジションを応用面での研究ターゲットとして設定し、超高強度原子ビームの優位性・特徴を明確化し、当該研究分野の新規創設を目指すものである。平成16年度はフラックス増大のためパルスバルブを現有のソレノイドバルブからピエゾバルブに変更すること、ならびにレーザーパワーの増大がビームフラックス増加に有用であると判断されたため、現有のレーザーシステムのシリンドリカルレンズモジュールならびに高圧電源ユニット等を交換し、レーザーパワーの高エネルギー化を図った。これらの改造の結果、レーザーパワーは約20%の増加が確認され、水晶振動子マイクロバランス(QCM)により測定した原子ビームフラックスはピーク値で10^<19>atoms cm^<-1>s^<-1>に達することが明らかとなった。それに引き続き、平成17年度には本システムを用いてCH_4ビームによるダイヤモンドライクカーボン(DLC)デポジションシステムを完成し、基礎的な成膜特性ならびに成膜されたDLCの特性を解析した。その結果、本システムで比較的密着性の高い水素化アモルファスDLCを室温成膜できることが明らかになり、特許出願を行った。また、酸素原子ビームによるシリコン室温酸化、窒素分子ビームによる室温窒化についても研究を行った結果、本システムはこれまで高温領域で観測されていた反応を室温で実現できることが示され、機能性高分子等の表面改質などに極めて有効であることが明らかになった。