キャピラリー集束イオンビーム照射による液体中における表面改質?物質生成

摘要

イオンビームはそのエネルギーの増加に伴い、蒸着（～数百eV)→スパッタリング（～数十keV)→注入（数十keV～数MeV)→核反応（数十MeV～）と物質に与える効果が変化していく。加工および改質に用いられるのはkeVからMeVクラス（蒸着～注入）のエネルギーが中心である。代表的な改質手法であるイオン注入はシリコンへの不純物添加法としてLSI作製プロセスにおいて重要な役割を担っている。不純物の深さと量が正確にコントロールできるため、登場から40年以上経った現在でも必要不可欠なプロセスとなっている。その後、イオン注入は金属の耐食性や耐摩耗性の向上に有効なことが見出され、1970年代中頃から表面改質手法としての研究が広がっていった。それに伴い、イオンビームの大電流化、高エネルギー化、大面積化などが図られた。最近では原子（分子）の集合体をイオン化して加速するクラスタービームや、ビーム径をナノメートルオーダーまで絞って加工を行う集束イオンビーム、プラズマ中で直接イオン注入を行う手法などが登場している。改質対象は90年代以降、上述の半導体、金属のほか、セラミックス（光学材料）や高分子（医療材料）へと広がりを見せている。ここまでは全て照射環境が真空中である。一方、加速器の高エネルギー化が進み、隔壁を通して大気中にイオンを取り出すことが可能となった。このビームは癌治療や育種に応用され、現在も大いに発展している。核子あたり数十～数百MeVというエネルギーを要するため、大型加速器（サイクロトロンあるいはシンクロトロン）が用いられる。