【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】25289351 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

照射損傷 / イオン照射 / 原子力材料 / 照射欠陥 / その場観察 / はじき出し損傷 / カスケード / 原子力材料・核燃料 / イオンビーム / 電子顕微鏡

【研究成果の概要】

金属などの結晶材料に放射線が入射すると照射欠陥が形成される。照射欠陥の発達挙動は照射環境や材料の違いにとても敏感であり、その性質を知るには膨大な照射試験が必要とされてきた。本研究は、面心立方金属の材料の代表例としてステンレス鋼や金、体心立方金属の代表例として鉄基希薄合金を取り上げ、複数のイオン照射を組み合わせた照射実験と組織観察により、①制御された欠陥構造を導入したり、②通常の照射試験では可視化できない潜在的な欠陥を観察したり、③照射欠陥の発達挙動を微分的に測定したりすることに成功した。また研究を通して、全国大学共同利用設備の震災復興に貢献した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】表面界面物性

【研究領域課題番号】09450022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Si(111)7×7 / ナノ構造 / 自己組織化 / 表面改質 / STM / その場観察 / イオン照射 / 酸素 / RHEED / 極高真空 / 構造相転移

【研究成果の概要】

1) 7×7再構成に及ぼす酸素の影響
異なる基板温度、酸素分圧下でレーザー照射後のSi(111)7×7再構成の過渡現象を比較した。低い温度、高い酸素分圧ほど、7×7構造の成長が抑制された。また、この成長の抑制は7×7に相転移していない無秩序領域の優先的な酸化によるものであることをSTMのその場観察で明らかにした。
酸素含有量の異なる2つのSi基板を3つの冷却速度で急冷し、表面に形成される7×7領域の被覆率を比較した結果、酸素含有量の多い基板の方が被覆率が明らかに高かった。この結果は、酸素が7×7構造の形成影響を及ぼすことを示唆している。
7×7再構成におけるO原子の役割を分子動力学法で調査するため、Si,O混在系用ポテンシャル関数を開発した。本関数を用いた分子軌道計算により、O原子が7×7構造形成に要するエネルギー障壁を下げることを明らかにした。
2) イオン照射、STM複合装置によるSi表面改質のその場観察
イオンを超高真空中のシリコン表面に照射する装置を作成し、超高真空中のSi表面を高温その場観察すると同時にArイオンの照射を行い、イオン照射前後の構造変化をリアルタイムで観察することに世界で初めて成功した。
3)ナノ構造のウエハスケール形成
ナノ構造をウエハスケールで形成する目的で、ウエットプロセスにおける表面原子構造と金属析出の相関を研究した。水素終端Si(111)表面への銅の電析では、限られた電位窓において、50nm幅の銅細線が表面に自己組織的に形成された。このプロセスでの銅の析出はSi(111)表ハ上のダイハイドライド構造のSi上に優先的に起こり、モノハイドライド構造のSi上への析出は起こらないことがわかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】9,400千円 (直接経費: 9,400千円)