レーザーアブレーション・Si超微粒子生成過程の時間分解X線吸収分光法による研究

利用时间分辨X射线吸收光谱研究激光烧蚀/Si超细颗粒生成过程

• 批准号: 07750005
• 负责人: 牧村 哲也
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750005/
• 关键词: レーザーアブレーション; シリコンナノクラスター; 軟X線吸収分光法

ヘリウムガス雰囲気中で固体のシリコンターゲットにYAG レーザー光を照射することで,シリコン粒子が放出され,ナノメートルの程度の大きさのシリコン微粒子(シリコンナノラスター)が生成される.本研究ではその生成手法を確立すること及び生成過程を明確にすることを目的とした.まず,同時にイオン,中性原子,分子,ナノクラスターの検出が可能である時間分解軟X線吸収分光測定を行った.これにより,検出感度のある範囲内では,レーザー光照射後から2マイクロ秒後までの時間域でシリコンイオンやシリコン中性原子のみが存在すること明らとなった.次に時間分解可視発光空間分布測定を行った.発光の最も強い点は,時間と共にターゲットから離れ,ガス雰囲気中では一定の距離の点(最終到達点)で停止する.この最終到達点を各ガス圧の場合について測定した.この結果を踏まえ,最終到達点,それよりターゲットに近い位置,及び遠い位置に基板を設置し,最終生成物を堆積させ,これの原子間力顕微鏡による観察を行った.その結果,最終到着点及びそれより遠い位置に設置した基板上にはナノクラスターが堆積することが明らかとなった.また,その平均粒径は,雰囲気ガスの圧力を500mTorr から20Torr へと増加させると,0.8nmから20nmへと大きくなることが明らかになった.以上の結果から,シリコンナノケラスターは,レーザー光照射により発生したシリコン原子が,雰囲気ガスとの衝突により運動エネルギーを失い,クラスターリングをすることで生成すると考えられる.軟X線吸収測定の結果は,この過程が,2マイクロ秒より遅い時間スケールで進行することを強く示唆している.

在氦气气氛中，激光束发射硅颗粒和硅颗粒（硅纳米仪）的固体硅靶标在纳米尺寸的程度上产生。这项研究旨在建立一种生成它们并澄清生产过程的方法。首先，同时进行了时间分辨的软X射线吸收光谱，该光谱允许同时进行离子，中性原子，分子和纳米簇的检测。这表明只有硅离子和硅中性原子存在于激光照射后2微秒的时间内。接下来，进行时间分辨的可见发光天空进行了分布测量。随着时间的推移，最强的光发射点与目标分开，并在气体大气中的一定距离（最终触及点）停止。每个气压都测量了最终的到达点。基于此结果，将底物放置在最终的触及点，靠近目标，并远离目标，并沉积最终产物，并观察到原子力显微镜。结果，揭示了纳米簇沉积在最终到达点和更远的底物上的底物上。大气气体的平均粒径为500mtorr，据表明，当硅原子从0.8 nm增加到20 nm时，激光光照射产生的硅原子因与大气气的碰撞而产生的动能会失去与大气中的能量，并通过群集产生。软X射线吸收测量结果的结果强烈表明，该过程在时间尺度上的发展速度慢于2微秒。