高分解能RBS法の開発に関する基礎研究

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京都大学4MVヴァンデグラーフ加速器に接続している超高真空散乱槽の100ﾟ散乱のイオンを見ることができるポートに、斜入射型の90ﾟ扇形磁場分析器を接続するための真空装置を設計、製作した。また分析器の検出器として、半導体位置検出器を用いてラザフォード後方散乱スペクトル(RBSスペクトル)を短時間で測Sスペクトル)を短時間で測定できるように改良した。この高分解能RBS装置のエネルギー分解能は500KeVのHeイオンに対して約0.5KeVであった。この高分解能RBS装置を用いて、SnTe、PbTe、PbSe等の微小ギャップ半導体結晶のRBSスペクトルを、0.5MeVのHeイオンを使い測定した。その結果世界で初めて、表面近くの原子による散乱を1原子層ごとの寄与に分離して観測することに成功した。この新たに開発した1原子層ごとの分析が可能な高分解能RBS法を用いて、表面第1原子層で散乱したイオンの荷電分布とエネルギー損失を測定した。この結果から表面近傍における高速イオンの非弾性散乱過程を明らかにすることができた。さらに、単結晶の低指数軸に平行にイオンを入射して、イオンチャネリングを起こしたときにRBSスペクトル上に観測される表面ピークを、1原子層ごとの寄与に分離して観測できることを示した。この表面ピークの高分解能観測から、表面原子の熱振動の様子を調ベる方法を提案した。また、高分解能RBS法がエピタキシャル成長の初期過程を調ベる際に非常に有効であることを、SnTe(001)表面上のPbTeのエピタキシャル成長の観察を通じて示した。