ディレイラインディテクターを用いた飛行時間RBS、飛行時間ERDの開発

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高分解能ラザフォード後方散乱分光法(高分解能RBS)、高分解能反跳粒子検出法(高分解能ERD)はともに、固体の表面近傍(深さ数nmから十数nm)の元素組成を、高い深さ分解能(最高およそ0.2nm)で分析できる優れた組成分析法である。特に高分解能ERDは固体中の水素の濃度や深さ分布を調べることのできる数少ない分析法である。高分解能RBS、高分解能ERDは基本的には非破壊の分析法であるが、測定中においてイオン照射のため、軽元素とくに水素の脱離が起こる場合がある。本研究では、分析に要する照射量を低く抑えられるように、大型のディレイラインディテクターを用いた飛行時間RBS(TOF-RBS)、飛行時間ERD(TOF-ERD)を開発することを目的としている。平成18年度は、直径120mmのディレイラインディテクター(DLD)を用いて高分解能RBS実験を行い、深さ分解能の評価するとともに、問題点を明らかにした。シリコンウェハーSi(001)、膜厚2-3nmの酸化ハフニウム(HfO2)をシリコン基板(Si(001))に成長させた試料、PbSe(001)単結晶に100keVのHeイオンのパルスビームを入射して、約90度の方向に散乱されたHe粒子(イオンおよび中性原子)の検出を行った。その結果、1nm以下の深さ分解能で表面近傍を分析できることが確かめられた。また、大型の検出器の利点を生かして単結晶試料のブロッキングパターンの観察をすることができた。さらに上記のの試料表面に吸着した水素原子(水分子由来?)の反跳粒子検出も確認した。一方、次のような問題点があることが分かった。(1)検出器上の位置によって検出効率に斑がある。(2)飛行時間計測のための時間差波高変換モジュールが信号の数え落としをする。平成19年度に替わってからも、これらの問題点を解決するため研究を続けている。