微小材料解析のためのshave－off 深さ方向分析法の高精度化に関する研究

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本研究は、収束イオンビーム(FIB)を用いた微小領域の深さ方向分析手法である、shave-off深さ方向分析法の高精度化を達成することを目的としたものである。昨年度は、分析手法としての根幹となるFIBの強度プロファイル評価、種々の試料に対するスパッタリング効率等の基礎データの取得や、装置関数の評価・最適化等を行った。最終年度となる24年度は、分子動力学(MD)法を用いたshave-off走査モードにおけるスパッタリング機構に関する検討や、shave-off走査により試料に生じるダメージを、近年発展の目覚ましい三次元アトムプローブ(3DAP)法を用いて原子レベルで解析する等のアプローチを行った。さらに、これまで無機材料のみを対象としてきたが、ポリマーやバイオを始めとする有機複合材料の普及を見据え、これらの試料の結合情報を損ねることなくスパッタリングすることが可能なクラスターイオンビームや高速重イオンビームを用いた有機材料のスパッタリングおよび二次イオン化機構に関する検討を行った。MD法を用いて行ったshave-off走査モード下でのスパッタリング機構の評価では、従来のラスター走査と比べ、shave-off走査におけるスパッタ率が高いことの理由として、試料断面および端面の2面からのスパッタ粒子の放出が示された。また、FIBの高い指向性に起因して、イオンビームの照射により起こる試料構成原子のミキシング現象が数ナノメートル以下に抑制されることが明らかになった。クラスターイオンビームと高速重イオンビームによる有機材料のスパッタリングおよび二次イオン化機構に関する検討においては、試料として、アミノ酸、タンパク質、糖類等を用いた。結果、分子のフラグメンテーションを抑制し、かつ、明瞭な分子イオンピークとその多量体ピークを得ることに成功した。これは、今後、複雑な構造・組成を有するタンパク質等の分析に際して、その構造・組成情報を有意に保持した質量スペクトル取得の可能性を示唆するものである。