成果報告書詳細
管理番号20110000001178
タイトル*平成22年度中間年報 ナノテク・先端部材実用化研究開発/三次元イメージング用帯電液滴ナノプローブ源の開発
公開日2011/9/9
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人山梨大学 アルバック・ファイ株式会社 株式会社シンクフォー
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
本研究開発では、従来技術に比べ4 桁以上のイオン化効率を有し、ナノレベルの位置情報が得られる革新的技術として帯電液滴ナノプローブ源を開発し、三次元イメージングが可能な次世代表面分析装置実用化につなげることを目的としている。高性能帯電液滴ビーム源のための要素技術開発を山梨大学が担当し、実用化技術開発をアルバック・ファイ株式会社と株式会社シンクフォーが担当する。
【1】「高性能帯電液滴ビーム源のための要素技術開発」
(1)真空エレクトロスプレーによる高輝度化 《山梨大学担当》
要素技術開発においては、帯電液滴ビームの高輝度化が最重要課題の一つである。そのための手法として、赤外レーザ支援による真空でのエレクトロスプレー方式を提案した。
一方、これまでに実績のあるネブライザー支援型の大気圧エレクトロスプレー方式では、高輝度化には限界があると考えてきたが、従来のイオンガイドによるビーム輸送をやめ、イオン光学を考慮したビーム輸送系を構築することにより、試料への照射輝度を大幅に向上できる可能性があることを確認した。そこで本年度は、レーザ支援真空方式、ネブライザー支援真空方式、およびネブライザー支援大気圧方式の三方式で検討実験を進めることとした。
英文要約The electrospray droplet impact (EDI) can provide 4 orders of magnitude higher ionization efficiency than previous probes and 100 nano meter level positioning information. Therefore, EDI is a promising technique for surface and interface analyses. The purpose of this project is to develop a high performance charged-droplet nano probe, to be installed on next-generation surface analysis instruments. University of Yamanashi is working to develop the elemental technologies for this project, and ULVAC-PHI Inc. and SYNCFOR Inc. are working to develop the practical technologies.
(1) Development of elemental technologies (University of Yamanashi)
In this project, we must develop three elemental technologies for the charged-droplet nano probe, which should provide high beam density (100µA/cm2), short pulse beam (a few nano seconds) and small beam diameter (a few hundreds of nano meters). In order to obtain high beam density, three possible methods are being explored; infrared laser assisted vacuum electrospray, nebulizer assisted vacuum electrospray, and nebulizer assisted ambient electrospray. At first, φ0.2 mm gold capillary was installed in the vacuum chamber, and laser assisted vacuum electrospray was tested for water/methanol (50/50). In order to avoid freezing of liquid samples introduced in vacuum by evaporative cooling, the tip of the electrospray needle was irradiated by infrared laser. The electrospray currents measured by a Faraday cup were more than 100 nA. The experimental setup for nebulizer assisted vacuum/ambient electrospray was also established, and the nebulizer-assisted electrospray plume was observed by microscope. In addition, preliminary experiments for the beam focusing were also started using beam scanning system.
(2) Development of practical technologies (ULVAC-PHI Inc. and SYNCFOR Inc.)
The compact and high performance charged droplet beam gun should be newly developed. This new gun will be installed on the surface analysis instruments such as time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS). The prototype model will be designed so as to involve all the above-described elemental technologies. When the charged-droplet beam is used as primary probe for the TOF-SIMS instruments, it is very important to make the pulse width of the probe to be below a few nano seconds in order to obtain high mass resolution. Therefore, we performed the preliminary experiments by using Ar gas cluster ion gun. In this study, the trajectory of the large cluster ions was simulated and an electrostatic mass filter in the upstream of beam pulsing apparatus was designed for size-selection. The fabrication methods of the mass filter were investigated, and some parts of the filter were already manufactured. Preliminary tests for beam pulsing will be soon conducted by using the existing Ar gas cluster ion gun.
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