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稀ガスイオンビームを用いた難加工性セラミックス材料の表面微細加工技術の開発

利用稀有气体离子束开发难加工陶瓷材料表面微加工技术

基本信息

批准号：
11878082
负责人：
阿部勝憲
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11878082/
关键词：
イオン照射ビーム応用シリコン・カーバイドブリスタリング

项目摘要

本研究はガスイオンを用いて、粒子線による表面改質の新しい手法の展開をはかるために計画されたものである。セラミックスへのイオンビーム照射によりはじき出し損傷に起因する欠陥の蓄積と、固体に固溶しない希ガスの特性により、照射領域の域の体積変化(膨張・隆起)が起こる。本研究の目的は、この体積変化を応用した表面隆起加工法を検討し、今後のイオンビームを使った放射線応用の新たな展開をはかるための基礎を確立することである。平成11年度においては、高温半導体や原子炉の温度モニターとして使われているシリコンカーバイドを試験試料としてビーム加工の検討を行った。実験の方法は、(1)10μmのグリッドメッシュを微細マスクパターンとして用いて、(2)加速器によりヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンの希ガスを、エネルギーを30〜380keVの範囲で加速して、室温において表面から150nmの深さに最大1.5×^<22>/m^2照射し、(3)レーザー顕微鏡および原子間力顕微鏡による表面形状の精密測定を行った。(4)このマスクパターンの転写精度を、イオン種、加速エネルギー、照射量をパラメータとして調べた。(5)照射後に購入品の赤外線加熱装置を用いた熱処理を行って、焼鈍による形状変化特性を調べた。また(6)加工領域の微細組織の変化を透過型電子顕微鏡により調べ、形状特性の変化と試料の構造変化の関係を明らかにした。その主な結果は、(1)メッシュのグリッドパターンを照射領域の最大1μmの隆起として転写することができた。(2)注入元素数あたりの隆起量は注入元素の質量が大きくなるにつれ少なくなり、効率的な加工が可能であることが分かった。(3)微細組織観察によって隆起は主に照射領域での非晶質化によって引き起こされることが明らかとなった。(4)さらに注入量を多くした場合には希ガスバブル形成によるブリスタリングが発生し、さらに大きな隆起と注入領域の剥離を起こした。(5)照射後焼鈍による隆起形状は、注入量の少ないもの(1×10^<21>/m^2以下)では1200℃焼鈍まで安定であったが、ヘリウムの注入量が多いもの(1.5×10^<22>/m^2)では800℃においてブリスタリングによる剥離が起こることが明らかとなった。これらのことから、高い精度の隆起加工においては重イオン照射がよく、照射領域の剥離を必要とするときはブリスタリングを起こしやすいヘリウムが適していることが分かった。これらの特性を利用して、原子炉などの照射環境モニターへの応用について検討を行った。

In this study, a new method of surface modification was developed by using particle lines. In the case of irradiation, the accumulation of impurities, the characteristics of solid solution, and the volume change (expansion and swelling) of the irradiated region are caused by the occurrence of damage. The purpose of this study is to investigate the application of volume conversion and surface elevation processing methods, and to establish the basis for the development of new radiation applications in the future. In 2011, the temperature of semiconductor and atomic furnace was changed from high temperature to low temperature. The method consists of: (1)10μm fine particle size and temperature measurement;(2) accelerator temperature, <22>temperature (4)The accuracy of the writing of the article, the variety of the article, the acceleration of the article, and the adjustment of the amount of exposure (5)After irradiation, the infrared heating device of the purchased product is used to adjust the shape characteristics of the heat treatment and passivation. (6) To clarify the relationship between the microstructure transformation in the processing field and the structural transformation of the sample by the transmission electron microscope. The main results are as follows: (1) The maximum elevation of 1μm in the irradiated area is as follows: (2)The number of implanted elements and the amount of raised elements are different from the quality of implanted elements. (3)The micro-tissue is observed to be amorphous in the main irradiated area. (4)In the case of a large amount of injection, it is necessary to form a large number of injection areas. (5)The shape of the bulge after irradiation is different, and the injection amount is less than 1×10^<21>/m^2. The burn-in temperature is 1200℃. The injection amount is more than 1 ×10^<22>/m^2. The burn-in temperature is 800℃. For example, if a laser beam is used for high-precision processing, it is necessary to remove the laser beam from the laser beam. The characteristics of this system are discussed in detail in the following aspects: