３−７．エネルギー分布の測定
Ｎｂ−Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源を用いて、引き出しビームのエネルギー幅の測定をおこなった。測定は第２章において述べた低エネルギー集束イオンビーム装置を用い、減速電源出力とターゲット間に電流計を設置しておこなった。ターゲット基板に到達するイオンビーム電流値を減速電位（ターゲット電位）を変えながら読みとり、微分値を計算することにより、ビームエネルギーに対するビーム電流値の分布が得られる。エネルギーの絶対値は加速電源の出力と減速電源の出力を同じ抵抗分割器を用いて厳密に測定し決定した。
図３−２７にＡｕ＋、Ａｕ２＋、Ｃｕ＋およびＮｂ２＋のエネルギー分布の測定結果を示す。イオン源の運転条件は、温度１０１０℃、引き出し電圧７．２ｋＶ、引き出し電流値２０μＡである。それぞれのイオン種に対する半値幅は２８ｅＶ、２５ｅＶ、２２ｅＶおよび１８ｅＶであった。引き出し電圧を調節し引き出し電流値を変えた場合のＣｕ＋ビームのエネルギー分布測定結果を図３−２８に示す。引き出し電流値が２０μＡ（ターゲット上のＣｕ＋電流値は６．３ｎＡ）、１０μＡ（４．３ｎＡ）、５μＡ（３．１ｎＡ）および２μＡ（２．７ｎＡ）について測定した。それぞれに対してエネルギー半値幅は２２ｅＶ、１８ｅＶ、１４ｅＶおよび１３ｅＶであった。４章以下に示す測定結果は、ほとんど１０〜２０μＡの引き出し電流値においてなされたものであり、エネルギー自体が２０〜３０ｅＶ程度の幅を持った値であることに注意しなければならない。
エネルギーの絶対値に注目するとき、ピークは必ずしも電位差で決まる原点位置にはないことに対しても注意する必要がある。イオン化を電界蒸発過程２２）で説明するとき、通常１価イオンに対してイオン化の過程で３〜５ｅＶ程度のエネルギーの損失が予想される。しかし、実際の測定値においては、ピーク位置が引き出し電流値が大きくなるにしたがって高エネルギー側に移動することが知られている８、１１、１２、２０、３４）。著者の測定結果からも同様な傾向が示されている。エネルギー分布は、空間電荷によるエネルギー幅の拡がりのみならず、イオン化の過程を強く反映しているものと考えられる。たとえばＡｕ＋ビームにおける高エネルギー側へのピークの移動は、Ａｕ２＋が中性Ａｕ原子あるいはＡｕ＋と衝突してＡｕ＋に変換される過程が多いことを示唆している。また、各イオン種にみられる低エネルギー側の分布は荷電変換により中性原子がイオン化された過程を示唆している。これらはイオン化の過程が必ずしも明らかにはされていない現状において包括的に把握することは困難であるが、低エネルギービームを取り扱う場合にはエネルギー幅とピークエネルギー値に対して実測により確認することの必要性を示している。
図３−２７．Ｎｂ−Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源より引き出したビームのエネルギー分布測定結果
図３−２８．引き出し電流値を変えた場合におけるＣｕ＋ビームのエネルギー分布測定結果
３−８．結言
集束イオンビーム直接蒸着法において使用することを目的として、導電体用イオン源、超伝導体用イオン源および磁性体用イオン源の開発をおこなった。ニードル付き含浸電極型液体金属イオン源構造体に金および目的とする元素を含む合金を充填し、液体金属イオン源を作製してその特性の評価をおこなった結果、以下の合金イオン源において実用に足る充分な安定性および寿命をもつ液体金属イオン源を作製することができた。導電体用としては、Ａｕ−Ｓｉ合金イオン源、Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源、Ａｕ−Ｃｕ−Ｓｉ合金イオン源、Ａｕ−Ｃｕ−Ｇｅ合金イオン源、Ａｌ−Ａｕ−Ｇｅ合金イオン源、Ａｕ−Ｃｕ−Ａｌ合金イオン源、Ａｕ−Ｃｕ−Ａｌ−Ｇｅ合金イオン源およびＮｂ−Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源である。超伝導体用イオン源としてＮｂ−Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源が実用に足る性能を満足することができた。また磁性体用イオン源として、Ｃｏ／Ｃｕ多層膜の作製を目的としたＣｕ−Ｃｏ−Ｎｂ−Ａｕ合金イオン源が実用に足る性能を満足することができた。これらの合金イオン源を用いて、次章以下に述べる直接蒸着膜の評価および直接蒸着法の応用のための実験をおこなった。また、Ｎｂ−Ａｕ−Ｃｕ合金イオン源を用いてエネルギー分布の測定をおこない、各イオン種とも２０〜３０ｅＶ程度のエネルギー幅を持っていることを確認した。
今後、さらに目的に応じて、多様な元素を得ることのできる合金イオン源の開発が必要とされるであろう。ニードル付き含浸電極型液体金属イオン源構造体と金および目的とする元素を含む合金の組み合わせによるイオン源開発手法により相当数の元素がイオン化可能であろうと思われる。また、第２章において述べたように、最小ビーム径、より大きなビーム電流密度を得るために、液体金属イオン源に依存する部分は大きい。今後、より小さな実効的な線源径、エネルギー幅、より大きな角電流密度をめざした研究開発が、集束イオンビーム直接蒸着法の性能向上のために必要である。
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