反応性ガスのクラスター生成と原子配列制御への応用

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イオンビームプロセスは、物質輸送はもとより、その運動エネルギーや化学活性度を容易に制御することが可能で、これを有効に活用して、物質の原子配列制御や化学反応過程の制御が可能となる。常温で気体状のクラスター(ガスクラスター)は、基板表面に衝突すると壊れ表面上を運動する。いわゆるマイグレーション効果が顕著となる。またクラスターをイオン化・加速することによって、超低速・大容量のイオンビームが輸送でき、原子配列が制御された無損傷、無欠陥の薄膜形成が可能となる。本研究は単年度の研究であり、反応性ガスのクラスターイオンを用いた原子配列制御の新しいプロセス技術を開発することを目的として行った。本研究で得られた成果を以下に列記する。(1)本研究では、反応性ガスとしてCO_2を選び、その供給条件を制御してクラスターを生成し、その最適条件を明らかにした。これによって、再現性よく、かつ容易にガスクラスターを得ることができた。(2)本研究では、クラスター生成のノズル形状依存性について検討した。この結果、ラバルノズルを用いることによってクラスター生成効率を改善でき、またノズル長を増大することによって大きなサイズのクラスターが生成できることが明らかになった。(3)本研究では、CO_2クラスターの結晶構造やサイズを明らかにし、質量分離したクラスターイオンと固体表面との相互作用を実験的に解明した。これによって超低速で大電流の輸送が可能なクラスターイオンビーム技術のユニークな特徴を明らかにすることができた。(4)本研究では、反応性ガスを用いた原子配列制御の新しいプロセス技術の開発のための基本的データの集積を行い、本技術が優れた特徴を持つことを示した。また、0_2、N_2などの反応性ガスのクラスター生成およびその原子配列制御への応用について十分な見通しを得た。