摂南大学　理工学部　電気電子工学科

２００４年度修士学位論文要旨

「イオン誘起二次電子放出に関する研究」

摂南大学大学院工学研究科電気電子工学専攻

表面物性工学研究室　天満真二

　ナノテクノロジーという言葉に代表されるように，近年電子デバイスの微細加工技術は著しく進歩し，厚さわずか数nm程度の微小な構造物が製作されるようになってきた．これに伴い，このような微細構造物が設計者の意図した通りに加工されているかどうかを評価する技術も必要となってきている．ナノメートルスケールで物質の表面を調べる手法には様々なものがあるが，本研究では低速イオンを固体表面に照射し，表面から放出されるイオン誘起二次電子のエネルギー分布を測定する手法について着目した．
　イオン誘起二次電子放出はポテンシャル放出とカイネティック放出に大きく分類される．本研究ではまず，ポテンシャル放出を利用した低速イオン中和電子分光(Low Energy Ion Neutralization Spectroscopy, LEINS)装置の試作を行った．この手法では数10eV以下の超低速イオンを用い，物質最表面層の電子状態に関する情報を得ることができる．
　LEINS装置はある企業で廃棄処分となった真空装置を譲り受け，それをベースとして組み立てることになった． LEINS実験をするためには超高真空(10^-7Pa以下)が必要であるため，まず真空排気系の補修・改造を行い，さらにイオン銃，電子分光器，同軸試料台の取り付けなどを行った．イオンポンプの溶接部分にクラックがはいったため，LEINSの実験は結局断念したが，真空以外についてはほぼ準備完了しており，イオンポンプ部を交換することで実験には入れると思われる．
　次に，走査型オージェ電子顕微鏡JAMP-10 を使用してSi表面にHe⁺ あるいはXe⁺ イオンを照射する実験を行った．イオン銃の性能の制限からイオンエネルギーは100eVであった．これは低速イオンビームと言えるが，LEINS実験を行うにはまだ一桁程高い．このため得られたデータはポテンシャル放出よりもカイネティック放出による二次電子の寄与がメインとなり， LEINS実験で期待されるような表面電子状態に関する情報は得られなかった．しかしながら，この実験により酸素吸着による二次電子強度増加や，ナノメートルスケールの表面リップル構造形成に伴う二次電子強度減少，ピークエネルギー低下が観測され，イオン誘起二次電子のエネルギー分布がナノスケールの表面形状変化に極めて敏感であることが確認された．
　最近，このイオン照射によるリップル構造形成を利用して磁性金属薄膜上にナノスケールの自己組織化パターンを意図的に形成し，薄膜の磁気異方性を制御するという試みがなされている．ナノスケールの表面構造を評価するには走査原子間力顕微鏡(AFM)などが用いられるが，これらの観測手段はイオン照射と同時に用いることができないという欠点がある．しかしながら，今回の実験ではイオン照射によってリップル構造を造りながら，同時にイオン誘起二次電子を測定することにより，リップル構造の成長の様子をリアルタイムで追跡できる．従って本手法を発展させれば，磁気デバイスなどの作製プロセス技術に応用できる可能性があると思われる．

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