光音響法による各種化学材料の計測技術の開発と応用に関する研究

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高機能性材料とりわけ半導体材料の開発とその評価技術の開発は緊急課題である。本研究はそのような観点より立案されたもので、光ビームを用いる材料計測技術の革新を目指している。すなわち、半導体を用いる各種集積材料の合成および製造に重要な役割りを果たしている超純水の品質管理分析の開発を目的とし、近年とみに注目される光音響法を本課題に適用しようと試みるものである。近年、超純水に要求される許容超微粒子数或は数密度は厳しく、水1cc中に0.1μm粒径の粒子が100個以下であるべきとされている。従って超純水のモニタリングの為の計測技術の能力は上記のレベルを有さなければならない。このような超微粒子の計測は、従来光散乱法が多用されているが本法では液体による光のレーリー散乱強度が計測可能な微粒子濃度の下限を決めている。可視レーザー光を用いた場合、光散乱法では、粒径0.5μmの粒子のカウンティングが最小検出限度とされている。一方、光音響法は粒子によって吸収された光エネルギーを熱エネルギーに変換し、最終的には音波として計測するので、粒径は光音響信号強度に影響を与えるだけであるので、使用するレーザー光強度を大きくすることによって解決することが原理的には可能である。申請者は、検出法の最適化を計るため、信号発生機構の理論解析など基礎検討を試みてきたが、本年度の成果を列挙すると以下の様になる。【◯!1】2Wアルゴンレーザー(488nm)を光源として用いるとき、水中の最小検出可能な微粒子は、0.3μm粒径の粒子の場合約160個/ccであった。【◯!2】0.1μm粒径粒子のカウントの為には約10Wのレーザーパワーが必要である。特に【◯!2】はパワーが大きく、実用的に困難を伴うことが分ったので、瞬間的に高出力光の得られるNd-YAGレーザー(8ns.60mj)を用いて、水中の超微粒子を誘電破壊し、その際発生する音響波をカウントしたところ、0.1μm粒径粒子の計測が可能との見通しを得た。