資料4

開発課題名「ガスクラスターSIMS基本技術の開発」

開発実施期間 平成18年10月〜平成22年3月

チームリーダー :  持地 広造【兵庫県立大学 大学院工学研究科 教授】
中核機関 :  兵庫県立大学
参画機関 :  なし
T.開発の概要
 数千個以上の気体原子で構成される巨大ガスクラスターイオンを一次イオンに利用し、照射損傷の極めて小さい二次イオン質量分析(SIMS)の基本技術を開発する。ガスクラスターイオンの構成原子数と加速電圧を制御することにより、構成原子あたりの運動エネルギーを1eV以下まで低下できるとともに、2次イオン生成率を従来の単原子イオン照射に比べて1〜2桁増大させることができる。これらの特長を利用して、有機物分子構造の非破壊計測や1原子層の分解能で深さ方向分析が可能な高性能クラスターSIMSの実現を目指す。
U.事後評価における評価項目
(1)試料分子を破壊することなく分子イオンを検出、その分子構造を正確に計測
 巨大ガスクラスターイオンを利用した極低損傷の一次イオン源を開発した。ガスノズルの材質、形状の変更、ノズルサイズの安定化、導入ガスの高圧力化を図り、クラスターの構成原子数を5,000とした。また、加速電圧5kVで5,000原子のクラスターを引き出すことができ、最低運動エネルギー1eVを達成した。この装置でマトリックスを使用せずにインシュリン、チトクロームC等の非解離状態の二次イオンの検出に成功した。
(2)半導体あるいは金属試料の深さ方向の元素分布を1原子層の深さ分解能で計測
 ジドデシルベンゼンの薄膜にアルゴンクラスターイオン(1,550原子)およびアルゴンイオンを照射し、得られたフラグメントイオンの強度を計測した。試料表面に付着するポリジメチルシロキサンの解離物であるSi−O結合をもつ高分子層について、XPSによる測定結果等から、その深さ分解能が2nm程度であり、本装置で1原子層の深さ分解能が得られることを示した。
(3)二次イオン生成の特徴と機構を明らかにする
 開発した一次イオンビームをペプチドなどの有機分子試料に照射し、クラスターイオンを照射した場合、二次イオン強度が桁違いに増大し、その増大比が大きなフラグメントほど顕著になることを示した。ガスクラスターイオンの構成原子1個あたりの運動エネルギーを調整して二次イオンの解離に及ぼす影響を調べ、一次イオン照射量と分子イオンの強度変化の関係を明らかにした。
V.評価
信頼性のあるSIMS(二次イオン化質量分析)計測に耐えるガスクラスターイオン源の開発に取組み、「ガスクラスターSIMS」として装置化するための基本的な技術仕様を確立し、ガスクラスターイオン照射による二次イオンの生成量等の基礎的なデータ取得に成功した。要素技術の開発は順調に進捗し、金やC60等をイオン源として利用したSIMSと異なり、生体分子を含む高分子有機化合物のソフトイオン化能、表面の極薄層の分解能を有するSIMSの可能性を示した。今後はさらに基礎的な検討を進めて装置の性能向上を目指し、実用化に向けた取組が行われることを期待したい。
本開発は当初の開発目標を達成し、本事業の趣旨に相応しい成果が得られたと評価する[A]。


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