JP7057612B2 - イオン発生器 - Google Patents
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Description
特許法第３０条第２項適用 平成２９年５月２７日、ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｌｉｎｋ．ｓｐｒｉｎｇｅｒ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅ／１０．１００７／ｓ１０９７１－０１７－４４３０－ｚ）にて公開した。
特許法第３０条第２項適用 平成２９年９月１１日、ウェブサイト（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｒａｍｉｃ．ｏｒ．ｊｐ／ｉｇ－ｓｙｕｋｉ／３０ｔｈ／）にて公開した。
特許法第３０条第２項適用 平成２９年９月１９日、公益財団法人日本セラミックス協会 第３０回秋季シンポジウムにて公開した。
本発明は、イオン源と高電圧が印加されたイオン発生電極と引抜電極を備え、イオン発生電極からイオンを放出させるイオン発生器に関する。
材料中にイオン注入を行うと物性が著しく変化するため、近年では半導体関連産業などでイオンを電気的に加速するイオン加速器を利用したイオン注入処理が不可欠となっており、より局所域に任意量のイオンを注入する技術が求められている。
加速器などを用いたイオン注入装置は半導体産業等で使用されているが、大型かつ高額装置であり非汎用的である。また予めイオン発生器などで発生させたイオンを電気的に加速して利用するが、イオン発生器では一般に様々な質量のイオンやラジカルも同時に発生するため、目的とするイオンの生成効率が悪く、質量分離器を通して様々な種類の発生イオン種から目的とするイオンだけを選別するなど、イオン注入に複雑な処理工程が必要となる。
一方、比較的長寿命且つ被照射スポット径が１ｍｍ以下と小さいイオン放出装置として、電界電離型と呼ばれるイオン銃がある（特許文献１）。図７に従来例のイオン発生器として電界電離型イオン銃の構造を示す。
イオン発生電極１１０と引抜電極１２０は、直流高電圧１２４で高電圧が印加される。イオンはイオン発生電極１１０の先鋭化された端部から引抜電極１２０に向かって放出され、引抜電極１２０の孔１２１を抜けて被注入体１２２に注入される。イオン発生電極１１０、引抜電極１２０、および被注入体１２２は、チャンバ１３２内に設置され、注入チャンバ１３２内は、真空ポンプ１４４で真空にされる。真空にした後、イオン源をガスボンベ１４０から注入チャンバ１３２内へ入れる。イオン発生電極１１０は、冷却器１２７によりイオン発生電極１１０を約－２５０℃の極低温に冷却される。イオン発生電極１１０に、効率良くイオン源であるガスを吸着させるためである。
イオン発生電極１１０と引抜電極１２０は、直流高電圧１２４で高電圧が印加される。イオンはイオン発生電極１１０の先鋭化された端部から引抜電極１２０に向かって放出され、引抜電極１２０の孔１２１を抜けて被注入体１２２に注入される。イオン発生電極１１０、引抜電極１２０、および被注入体１２２は、チャンバ１３２内に設置され、注入チャンバ１３２内は、真空ポンプ１４４で真空にされる。真空にした後、イオン源をガスボンベ１４０から注入チャンバ１３２内へ入れる。イオン発生電極１１０は、冷却器１２７によりイオン発生電極１１０を約－２５０℃の極低温に冷却される。イオン発生電極１１０に、効率良くイオン源であるガスを吸着させるためである。
ここで、イオン発生部であるイオン発生電極１１０の先端１１４にイオン源のガス分子を効率良く吸着させるため、イオン発生電極１１０の周囲を真空状態として先端１１４を－２５０℃程度の極低温まで冷却する必要がある。冷却に用いる液体ヘリウムは貴重な資源であり高価である。さらにイオン発生電極１１０の先端１１４の狭い面積にのみイオン源のガス分子が吸着させ、吸着させたガス分子をイオン化して放出されるため、放出イオン電流値が数ピコアンペア程度と小さく、チャンバ内のイオン源ガスが無くなるとイオン放出できないことから、連続的なイオン放出が不可能である。即ち、吸着させたうえで、吸着していない余分な気体分子を真空排気した後に高電界を印加すると、吸着された気体分子がイオン化して放出される。よって、連続的なイオン放出は困難で、吸着された気体分子がイオン化して放出されると、再吸着させる必要がある。更に、被注入体１２２も真空中に設置が必要なため生体へのイオン注入は困難である。
物部秀二ほか, 「近接場光学用プローブの作製法」. 精密工学会誌, ６６巻、６６７ページ、２０００年
従来のイオン発生器は、イオン発生電極周りを真空にする必要がある。本発明は、この課題を解決し、大気中でイオン放出ができるイオン発生器を提供する。
上記課題を解決するために以下の発明がある。
発明１は、イオン発生電極と、引抜電極と、を有し、高電圧が印加されると、イオンを放出させるイオン発生器において、イオン発生電極は、放出されるイオンを有し、イオン発生電極の一方の端部には先鋭部を有するカバーを備え、カバーは、電子は絶縁しイオンを伝導させることを特徴とするイオン発生器である。発明２は、放出されるイオンは、水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）、およびフッ化物イオン（Ｆ－）からなる群より選択される一種類であることを特徴とする発明１に記載するイオン発生器である。 発明３は、カバーは、発明２に記載される放出されるイオンを含む化合物を有することを特徴とする発明２に記載するイオン発生器である。 発明４は、カバーは、水分を吸着した多孔質ガラスであることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明５は、カバーは、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、およびセシウムイオン（Ｃｓ＋）からなる群より選択される一種類とヨウ素（Ｉ）の化合物を含む材料であることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明６は、カバーは、フッ化物イオン（Ｆ－）とジルコニウム（Ｚｒ）とバリウム（Ｂａ）を含む化合物を含む材料であることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明７は、先鋭部は、曲率半径はＲ１ｍｍ以下であることを特徴とする発明１乃至６のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明８は、イオン発生電極を加熱する加熱装置を有することを特徴とする発明１乃至７のいずれか１つに記載するイオン発生器である。
発明１は、イオン発生電極と、引抜電極と、を有し、高電圧が印加されると、イオンを放出させるイオン発生器において、イオン発生電極は、放出されるイオンを有し、イオン発生電極の一方の端部には先鋭部を有するカバーを備え、カバーは、電子は絶縁しイオンを伝導させることを特徴とするイオン発生器である。発明２は、放出されるイオンは、水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）、およびフッ化物イオン（Ｆ－）からなる群より選択される一種類であることを特徴とする発明１に記載するイオン発生器である。 発明３は、カバーは、発明２に記載される放出されるイオンを含む化合物を有することを特徴とする発明２に記載するイオン発生器である。 発明４は、カバーは、水分を吸着した多孔質ガラスであることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明５は、カバーは、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、およびセシウムイオン（Ｃｓ＋）からなる群より選択される一種類とヨウ素（Ｉ）の化合物を含む材料であることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明６は、カバーは、フッ化物イオン（Ｆ－）とジルコニウム（Ｚｒ）とバリウム（Ｂａ）を含む化合物を含む材料であることを特徴とする発明１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明７は、先鋭部は、曲率半径はＲ１ｍｍ以下であることを特徴とする発明１乃至６のいずれか１つに記載するイオン発生器である。発明８は、イオン発生電極を加熱する加熱装置を有することを特徴とする発明１乃至７のいずれか１つに記載するイオン発生器である。
本発明のイオン発生器により以下の効果がある。
（１）大気中でイオンが放出できる。
被注入体を真空中に設置する必要がないため、水を多く含む生体（被注入体）へのイオン照射が可能にできる。生体にイオンを注入すると接着性や活性が著しく改善すること、特に１価イオンは活性で生体活動に深く関わることが知られている。よって、新たな医療技術の開発や創薬、細胞工学など様々な分野で活用できる。
（２）小型軽量で片手でも操作でるので使い勝手が良い。
従来のイオン発生器は、真空設備（チャンバー、真空ポンプ）、ボンベによるガス源、イオン発生電極の冷却等の設備などが必要となり、大型・高額で非汎用である。
本発明は、上記の設備が不要となり、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、ベンシル型のレーザポインターのようなイオン発生器が提供できる。よって、小型軽量で片手でも操作でるようになり、人体を含む生体、その他の物へのイオン注入が容易になる。
（３）低コスト
主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、大幅にコストダウンを可能にする。
（１）大気中でイオンが放出できる。
被注入体を真空中に設置する必要がないため、水を多く含む生体（被注入体）へのイオン照射が可能にできる。生体にイオンを注入すると接着性や活性が著しく改善すること、特に１価イオンは活性で生体活動に深く関わることが知られている。よって、新たな医療技術の開発や創薬、細胞工学など様々な分野で活用できる。
（２）小型軽量で片手でも操作でるので使い勝手が良い。
従来のイオン発生器は、真空設備（チャンバー、真空ポンプ）、ボンベによるガス源、イオン発生電極の冷却等の設備などが必要となり、大型・高額で非汎用である。
本発明は、上記の設備が不要となり、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、ベンシル型のレーザポインターのようなイオン発生器が提供できる。よって、小型軽量で片手でも操作でるようになり、人体を含む生体、その他の物へのイオン注入が容易になる。
（３）低コスト
主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、大幅にコストダウンを可能にする。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
（実施形態）
図１に本発明の実施形態のイオン発生器１の構成を示す。イオン発生器１は、イオン発生電極１０、引抜電極２０、高圧電源２４を有し、イオン発生電極１０は、先鋭化部１２を有する。先鋭化部１２には、カバー１４が取り付けられる。実施形態において、イオン源はイオン発生電極１０に含有される。例えば、銀イオン（Ａｇ＋）を放出させるときは、銀をガラス等のイオン発生電極１０に含有させる。また、銀のみで電極を構成させても良い。カバー１４は、電子を絶縁しイオンを伝導させる特性を有する。銀イオン（Ａｇ＋）の場合、絶縁特性を有するガラスに銀を含有する銀系ガラスとなる。即ち、絶縁特性を有するベース材料（ガラス）に、放出されるイオン（イオン源）の材料を含有させることにより、電子を絶縁しイオンを伝導させる特性を有する。カバー１４は先鋭部１５を有する。高圧電源２４により、イオン発生電極１０と引抜電極２０に直流高電圧が印加されると、イオン発生電極１０に含有されるイオン源が、イオン３と電子に分解される。イオン３は、引抜電極２０に電気的に引寄せられ先鋭化部１２に移動する。先鋭化部１２において、カバー１４により電子は絶縁され、イオン３は伝導されるので、イオン３が引抜電極２０に引寄せられ大気中へ放出される。放出されたイオン３は、引抜電極２０の孔２２を通り抜け被注入体３０に照射されイオン注入箇所３２となる。
図１に本発明の実施形態のイオン発生器１の構成を示す。イオン発生器１は、イオン発生電極１０、引抜電極２０、高圧電源２４を有し、イオン発生電極１０は、先鋭化部１２を有する。先鋭化部１２には、カバー１４が取り付けられる。実施形態において、イオン源はイオン発生電極１０に含有される。例えば、銀イオン（Ａｇ＋）を放出させるときは、銀をガラス等のイオン発生電極１０に含有させる。また、銀のみで電極を構成させても良い。カバー１４は、電子を絶縁しイオンを伝導させる特性を有する。銀イオン（Ａｇ＋）の場合、絶縁特性を有するガラスに銀を含有する銀系ガラスとなる。即ち、絶縁特性を有するベース材料（ガラス）に、放出されるイオン（イオン源）の材料を含有させることにより、電子を絶縁しイオンを伝導させる特性を有する。カバー１４は先鋭部１５を有する。高圧電源２４により、イオン発生電極１０と引抜電極２０に直流高電圧が印加されると、イオン発生電極１０に含有されるイオン源が、イオン３と電子に分解される。イオン３は、引抜電極２０に電気的に引寄せられ先鋭化部１２に移動する。先鋭化部１２において、カバー１４により電子は絶縁され、イオン３は伝導されるので、イオン３が引抜電極２０に引寄せられ大気中へ放出される。放出されたイオン３は、引抜電極２０の孔２２を通り抜け被注入体３０に照射されイオン注入箇所３２となる。
先鋭部１５と引抜電極２０との距離、引抜電極２０の孔２２の直径、先鋭部１５と被注入体３０との距離は、印加電圧と共に、イオン発生が良くなるように調節される。発明者らは、先鋭部１５と引抜電極２０との距離は、１～３０ｍｍ程度、孔２２の直径は1～１０ｍｍから選定して、放出されたイオンの到達距離である先鋭部１５と被注入体３０との距離が約５ｍｍ以上であることを確認した。
ここで、放出されるイオン３が、カチオン（陽イオン）伝導体の場合には、イオン発生電極１０をプラス、引抜電極２０をマイナスとして電圧印加する。一方、放出されるイオン３がアニオン（陰イオン）伝導体の場合には、イオン発生電極１０をマイナス、引抜電極２０をプラスとして電圧印加する。ここで、イオン源のガス分子を水素とすると、イオン発生電極１０では、式（１）の触媒反応で、水素イオン（Ｈ＋）を発生する。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ- （１）
水素イオン（Ｈ＋）の場合のイオン発生電極１０とカバー１４の例として、イオン発生電極１０を、触媒作用をする白金を塗布させたカーボンの布をロール状に巻くことで構成し、一方の端部にカバー１４として、先鋭部１５を有する水分を吸着した多孔質ガラスで構成する。この構成のイオン発生機１のイオン発生電極１０に水素ガスを吹き付けるとカバー１４の先鋭部１５より水素イオン（Ｈ＋）が放出される。この場合、イオン発生電極１０とカバー１４は、水素イオン（Ｈ＋）が伝導できるように接触していれば良い。よって、イオン発生電極１０は先鋭化部１２は無くてもよい（図８Ａ参照）。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ- （１）
水素イオン（Ｈ＋）の場合のイオン発生電極１０とカバー１４の例として、イオン発生電極１０を、触媒作用をする白金を塗布させたカーボンの布をロール状に巻くことで構成し、一方の端部にカバー１４として、先鋭部１５を有する水分を吸着した多孔質ガラスで構成する。この構成のイオン発生機１のイオン発生電極１０に水素ガスを吹き付けるとカバー１４の先鋭部１５より水素イオン（Ｈ＋）が放出される。この場合、イオン発生電極１０とカバー１４は、水素イオン（Ｈ＋）が伝導できるように接触していれば良い。よって、イオン発生電極１０は先鋭化部１２は無くてもよい（図８Ａ参照）。
先鋭化した先端の電界（Ｆ）は式（２）の関係がある。
Ｆ ＝ Ｖ ／ （ｋ×Ｒ） （２）
ここでＶは電圧、ｋは形状因子と呼ばれる定数で５程度の値である。カバー１４の先鋭部１５の曲率半径をＲ、直流高圧電源の電圧をＶとすると、電界強度はＶ／Ｒに比例するため、先鋭部１５の曲率半径Ｒは小さい程良い。本実施形態では、カバー１４の先鋭部１５の先端の曲率半径Ｒを１ｍｍ以下に先鋭化する。これにより先端に電界が集中する効果があり、より低い数キロボルト／ｃｍの電界でイオンが発生するイオン発生器１が提供できる。
Ｆ ＝ Ｖ ／ （ｋ×Ｒ） （２）
ここでＶは電圧、ｋは形状因子と呼ばれる定数で５程度の値である。カバー１４の先鋭部１５の曲率半径をＲ、直流高圧電源の電圧をＶとすると、電界強度はＶ／Ｒに比例するため、先鋭部１５の曲率半径Ｒは小さい程良い。本実施形態では、カバー１４の先鋭部１５の先端の曲率半径Ｒを１ｍｍ以下に先鋭化する。これにより先端に電界が集中する効果があり、より低い数キロボルト／ｃｍの電界でイオンが発生するイオン発生器１が提供できる。
尖った鉛筆で押す方が痛みを感じるように、カバー１４の先鋭部１５の先端を先鋭化することで、電磁場を集中させた。即ち、平板試料の場合、余程の高電圧でないとイオンが飛び出さないが、先鋭化すると比較的容易にイオンが飛び出した。発明者らは、イオン発生電極１０として先鋭化加工が容易なガラスを用いて、ガラス中をイオンが移動することを確認したが、このためにはイオン発生電極１０（ガラス）の先鋭化部１２の先端を１μｍ以下とし、更に３００℃以上に加熱する必要があった。イオン導電性ガラスは一般に温度を上げるとイオンの移動が良くなる。発明者らの実験でも温度が高い方が放出されるイオンの電流値は高くなった。本実施形態で用いた銀イオン（Ａｇ＋）の場合のＡｇＩ系ガラスでは加熱をしなくても室温付近でイオンが良く伝導するので、結果として室温でのイオン放出が可能である。本実施形態のカバー１４に使用した材料であるガラス(銀の場合のＡｇＩ系ガラスの例：ＡｇＩ－Ａｇ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３系)は、室温付近でもガラス中をイオンが移動する特性を有する。一方、先鋭化加工が極めて困難である。よって、放出イオン３を有するイオン発生電極１０に先鋭化部１２を設けて、先鋭化部１２の上にカバー１４としてガラス(銀の場合の例：ＡｇＩ－Ａｇ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３系)をコートした。カバー１４には先鋭部１５を有するが、曲率半径は１ｍｍ以下でよい。
イオン発生電極１０の形状は、円柱形状が好ましい。断面が円形状となり先鋭化部１２を通る円柱の軸に対して回転対象だからである。ただし、三角形等の多角形形状の柱形状でもよい。また、イオン発生電極１０を球、立方体、直方体等で構成して、先鋭化部１２を付加しても良い。
イオン発生電極１０は、放出されるイオンを含有し伝導されるする材料であれば良い。よって、イオン発生電極１０は、放出させるイオン（銀イオン（Ａｇ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、はカリウムイオン、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋），セシウムイオン（Ｃｓ＋）、フッ化物イオン（Ｆ－））を含む化合物で構成しても良い。
また、イオン伝導性ガラスを用いても良い。イオン伝導性ガラスは、母材としてガラスを用い、放出させるイオン（銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、はカリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋），セシウムイオン（Ｃｓ＋）、フッ化物イオン（Ｆ－））が含まれる物質を添加材として配合されている。
また、水素イオン（Ｈ＋）を放出させるイオン発生電極１０として、水分を吸着した多孔質ガラスを用いることもできる。多孔質ガラスは吸着水を含み、この吸着水の中をイオンが伝導するため、０℃以上の室温で先端からイオンを放出させることができる。多孔質ガラスとして、例えばゾルーゲル法によって作製した水素イオン（Ｈ＋）を伝導するケイ酸塩ガラス（たとえばｘＰ２Ｏ５・（１００-ｘ）ＳｉＯ２：ｘはモルパーセント単位で０から７０まで）やケイ酸塩ガラスと有機物との複合体などを用いることができる。室温が０℃以下の場合、水分を吸着した多孔質ガラスをヒータ等で暖め水分を液状態とすると良い。
放出されるイオンの価数に制限は無く多価イオンも可能性あるが、１価のカチオンあるいはアニオンが好ましい。一価イオンは活性で生体活動に深く関わることから、アモルファスシリコンの水素化による物性制御や治療、抗菌処理などができるからである。カチオンの種類には水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）などの１価イオンがある。また、アニオンの種類にはフッ化物イオン（Ｆ－）などの１価イオンがある。
カバー１４の材料は、常温で電子を絶縁し放出されるイオンを伝導する特性を有する。以下のような材料がある。
「カチオンの１価イオン」の場合：
水素イオン（Ｈ＋）のカバー１４の材料は、水分を吸着した多孔質ガラスを用いることができる。多孔質ガラスは吸着水を含み、この吸着水の中をイオンが伝導するため、０℃以上の室温で先端からイオンを放出させることができる。多孔質ガラスとして、例えばゾルーゲル法によって作製したプロトンを伝導するケイ酸塩ガラス（たとえばｘＰ２Ｏ５・（１００-ｘ）ＳｉＯ２ ：ｘはモルパーセント単位で０から７０まで）やケイ酸塩ガラスと有機物との複合体などを用いることができる。
銀イオン（Ａｇ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＡｇＩ・ｙＡｇ２O・ｚＢ２O３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
銀イオン（Ａｇ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＡｇＩ・ｙＡｇ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３もしくはｘＡｇＩ・ｙＡｇ２Ｏ・ｚP２Ｏ５：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、、６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。特に、ｘ＝３０～６５、ｙ＝２０～３５、Ｚ＝３５～１５の組み合わせ時、室温でのイオン放出が良好であった。
銅イオン（Ｃｕ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＰ２Ｏ5：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、３３ＣＵＩ・３３Ｃｕ２Ｏ・３４Ｐ２Ｏ５（モル％）などを用いることができる。
銅イオン（Ｃｕ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３もしくはｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＰ２Ｏ５：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、３３ＣｕＩ・３３Ｃｕ２Ｏ・３４Ｐ２Ｏ５（モル％）などを用いることができる。特に、ｘ＝３０～６５、ｙ＝２０～３５、Ｚ＝３５～１５の組み合わせ時、室温でのイオン放出が良好であった。
リチウムイオン（Ｌｉ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＬｉＩ・ｙＬｉ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＬｉＩ・２５Ｌｉ２Ｏ・１５B２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
ナトリウムイオン（Ｎａ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＮａＩ・ｙＮａ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＮａＩ・２５Ｎａ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
カリウムイオン（Ｋ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＫＩ・ｙＫ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＫＩ・２５Ｋ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＲｂＩ・ｙＲｂ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＲｂＩ・２５Ｒｂ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
セシウムイオン（Ｃｓ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｓＩ・ｙＣｓ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＣｓＩ・２５Ｃｓ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
「カチオンの１価イオン」の場合：
水素イオン（Ｈ＋）のカバー１４の材料は、水分を吸着した多孔質ガラスを用いることができる。多孔質ガラスは吸着水を含み、この吸着水の中をイオンが伝導するため、０℃以上の室温で先端からイオンを放出させることができる。多孔質ガラスとして、例えばゾルーゲル法によって作製したプロトンを伝導するケイ酸塩ガラス（たとえばｘＰ２Ｏ５・（１００-ｘ）ＳｉＯ２ ：ｘはモルパーセント単位で０から７０まで）やケイ酸塩ガラスと有機物との複合体などを用いることができる。
銀イオン（Ａｇ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＡｇＩ・ｙＡｇ２O・ｚＢ２O３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
銀イオン（Ａｇ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＡｇＩ・ｙＡｇ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３もしくはｘＡｇＩ・ｙＡｇ２Ｏ・ｚP２Ｏ５：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、、６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。特に、ｘ＝３０～６５、ｙ＝２０～３５、Ｚ＝３５～１５の組み合わせ時、室温でのイオン放出が良好であった。
銅イオン（Ｃｕ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＰ２Ｏ5：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、３３ＣＵＩ・３３Ｃｕ２Ｏ・３４Ｐ２Ｏ５（モル％）などを用いることができる。
銅イオン（Ｃｕ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３もしくはｘＣｕＩ・ｙＣｕ２Ｏ・ｚＰ２Ｏ５：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、３３ＣｕＩ・３３Ｃｕ２Ｏ・３４Ｐ２Ｏ５（モル％）などを用いることができる。特に、ｘ＝３０～６５、ｙ＝２０～３５、Ｚ＝３５～１５の組み合わせ時、室温でのイオン放出が良好であった。
リチウムイオン（Ｌｉ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＬｉＩ・ｙＬｉ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＬｉＩ・２５Ｌｉ２Ｏ・１５B２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
ナトリウムイオン（Ｎａ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＮａＩ・ｙＮａ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＮａＩ・２５Ｎａ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
カリウムイオン（Ｋ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＫＩ・ｙＫ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＫＩ・２５Ｋ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＲｂＩ・ｙＲｂ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＲｂＩ・２５Ｒｂ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
セシウムイオン（Ｃｓ＋）のカバー１４の材料は、例えばｘＣｓＩ・ｙＣｓ２Ｏ・ｚＢ２Ｏ３：ｘ、ｙ、ｚはモルパーセント単位でｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で表され、６０ＣｓＩ・２５Ｃｓ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３（モル％）などを用いることができる。
「アニオンの１価イオン」の場合
フッ化物イオン（Ｆ－）のカバー1４の材料は、ＺｒＦ４とＢａＦ２を含むガラスから構成され、例えば構成比率が（ＺｒＦ４）０．５（ＢａＦ２）０．３５（ＣｓＦ）０．１５の材料を溶融して作成する。
以上より、水素イオン（Ｈ＋）を放出させる場合は、カバー１４の材料は、水分を吸着した多孔質ガラスを用いる。また、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）のいずれか１つのイオンを放出させる場合は、カバー１４の材料は、その放出イオン、即ち銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、およびセシウムイオン（Ｃｓ＋）からなる群より選択される一種類ととヨウ素（Ｉ）の化合物を含む材料を用いる。フッ化物イオン（Ｆ－）を放出させる場合は、カバー１４の材料は、フッ化物イオン（Ｆ－）とジルコニウム（Ｚｒ）とバリウム）Ｂａ）を含む化合物を有する材料を用いる。
フッ化物イオン（Ｆ－）のカバー1４の材料は、ＺｒＦ４とＢａＦ２を含むガラスから構成され、例えば構成比率が（ＺｒＦ４）０．５（ＢａＦ２）０．３５（ＣｓＦ）０．１５の材料を溶融して作成する。
以上より、水素イオン（Ｈ＋）を放出させる場合は、カバー１４の材料は、水分を吸着した多孔質ガラスを用いる。また、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）のいずれか１つのイオンを放出させる場合は、カバー１４の材料は、その放出イオン、即ち銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、およびセシウムイオン（Ｃｓ＋）からなる群より選択される一種類ととヨウ素（Ｉ）の化合物を含む材料を用いる。フッ化物イオン（Ｆ－）を放出させる場合は、カバー１４の材料は、フッ化物イオン（Ｆ－）とジルコニウム（Ｚｒ）とバリウム）Ｂａ）を含む化合物を有する材料を用いる。
水素イオン（Ｈ＋）以外のカチオンの１価イオン（銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋））については、それぞれのイオン種に応じた金属（銀イオン（Ａｇ＋）では銀、リチウムイオン（Ｌｉ＋）ではリチウム、以下同様）によりイオン発生電極１０を構成する。
ここで、イオン発生電極１０は、イオンを有し伝導する特性であれば良く、水分を吸着した多孔質ガラスまたはイオン伝導性ガラスでも良い。水分を吸着した多孔質ガラスのイオン発生電極１０は、放出対象のイオンを、水分中に含み伝導させる特性を有すれば良い。即ち、水分中に、水素イオン（Ｈ＋）、または銀イオン（Ａｇ＋）、または銅イオン（Ｃｕ＋）、またはリチウムイオン（Ｌｉ＋）、またはナトリウムイオン（Ｎａ＋）、またはカリウムイオン（Ｋ＋）、またはルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、またはセシウムイオン（Ｃｓ＋）、またはフッ化物イオン（Ｆ－）を入れておれば良い。
またはイオン発生電極１０は、水分を吸着した多孔質ガラスまたはイオン伝導性ガラスにおいて、水素イオン（Ｈ＋）、または銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、またはリチウムイオン（Ｌｉ＋）、またはナトリウムイオン（Ｎａ＋）、またはカリウムイオン（Ｋ＋）、またはルビジウムイオン（Ｒｂ＋），またはセシウムイオン（Ｃｓ＋）、またはフッ化物イオン（Ｆ－）のいずれかを含んでいるものを用いても良い。
またはイオン発生電極１０は、水分を吸着した多孔質ガラスまたはイオン伝導性ガラスにおいて、水素イオン（Ｈ＋）、または銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、またはリチウムイオン（Ｌｉ＋）、またはナトリウムイオン（Ｎａ＋）、またはカリウムイオン（Ｋ＋）、またはルビジウムイオン（Ｒｂ＋），またはセシウムイオン（Ｃｓ＋）、またはフッ化物イオン（Ｆ－）のいずれかを含んでいるものを用いても良い。
一般に、被注入体３０にイオンを注入するイオン発生器には、イオン源として気体分子が用いられており、それをプラズマ化などしてイオンと電子に分けて、その後にイオンのみを加速して放出する。よって、「真空下」というのが常識である。本実施形態によれば、大気中でイオンが放出できる。水を多く含む生体へのイオン照射が可能になる。生体にイオンを注入すると細胞の接着性や活性が著しく改善すること、特に１価イオンは活性で生体活動に深く関わることが知られている。よって、新たな医療技術の開発や創薬、細胞工学など様々な分野で活用できる。また、小型軽量で片手でも操作できるので使い勝手が良い。従来のイオン発生器は、即ち、真空設備（チャンバー、真空ポンプ）、ボンベによるガス源、イオン発生電極の冷却等の設備などが必要となり、大型・高額で非汎用である。
本実施形態は、上記の設備が不要となり、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、ベンシル型のレーザポインターのようなイオン発生器が提供できる。よって、小型軽量で人間の手のひらサイズにできるので、片手でも操作でるようになり作業性が大幅に向上し、人体を含む生体、その他の物へのイオン注入が容易になる。本実施形態は、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、大幅にコストダウンを可能にする。
本実施形態は、上記の設備が不要となり、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、ベンシル型のレーザポインターのようなイオン発生器が提供できる。よって、小型軽量で人間の手のひらサイズにできるので、片手でも操作でるようになり作業性が大幅に向上し、人体を含む生体、その他の物へのイオン注入が容易になる。本実施形態は、主な構成要素がイオン発生電極、高圧電源となり、大幅にコストダウンを可能にする。
（実施例）
図２に、実施例として銀により製作したイオン発生電極１０とカバー１４を示す。カバー１４は、先鋭部１５を有する。先鋭部１５の先端の曲率半径Ｒを１ｍｍ以下にした。イオン発生電極１０は直径３ｍｍの円柱形状の銀の棒を用いた。カバー１４は、ＡｇＩ-Ａｇ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３系ガラス（６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３ （モル％））を使用した。
図２に、実施例として銀により製作したイオン発生電極１０とカバー１４を示す。カバー１４は、先鋭部１５を有する。先鋭部１５の先端の曲率半径Ｒを１ｍｍ以下にした。イオン発生電極１０は直径３ｍｍの円柱形状の銀の棒を用いた。カバー１４は、ＡｇＩ-Ａｇ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３系ガラス（６０ＡｇＩ・２５Ａｇ２Ｏ・１５Ｂ２Ｏ３ （モル％））を使用した。
（カチオン１価イオン）
図３に、イオン発生電極１０による大気中で銀イオン（Ａｇ＋）を放出させたときのイオン電流の実測値を示す。
先鋭部１５と引抜電極２０との距離は、１ｍｍ程度、孔２２の直径は３ｍｍを選定して、放出されたイオンの到達距離である先鋭化部１２と被注入体３０との距離が約５ｍｍ以上であることを確認した。高圧電源２４により、イオン発生電極１０と引抜電極２０に電圧を印加することで放電を確認した。放出された銀イオン（Ａｇ＋）のイオン電流をピコアンメーターで測定し、機器制御・データ集録にはナショナルインスツルメンツ社のＬａｂＶＩＥＷを用いた。図３に示すように、イオン放電電流は、印可電圧１ｋＶまでは、１から２ｐＡである、その後、１ｋＶから４．８ｋＶ迄は印可電圧にほぼ比例して約４８ｐＡまで増加する。４．８ｋＶでカバー１４が絶縁破壊して放電した。よって、本実施形態の放出イオン電流値は、従来の数ピコアンペア程度と比べ、数１０ピコアンペア以上と、約５倍大きくすることができる。尚、印可電圧は高電圧であり、直流の５００V以上、望ましくは１０００V以上がよい。
図３に、イオン発生電極１０による大気中で銀イオン（Ａｇ＋）を放出させたときのイオン電流の実測値を示す。
先鋭部１５と引抜電極２０との距離は、１ｍｍ程度、孔２２の直径は３ｍｍを選定して、放出されたイオンの到達距離である先鋭化部１２と被注入体３０との距離が約５ｍｍ以上であることを確認した。高圧電源２４により、イオン発生電極１０と引抜電極２０に電圧を印加することで放電を確認した。放出された銀イオン（Ａｇ＋）のイオン電流をピコアンメーターで測定し、機器制御・データ集録にはナショナルインスツルメンツ社のＬａｂＶＩＥＷを用いた。図３に示すように、イオン放電電流は、印可電圧１ｋＶまでは、１から２ｐＡである、その後、１ｋＶから４．８ｋＶ迄は印可電圧にほぼ比例して約４８ｐＡまで増加する。４．８ｋＶでカバー１４が絶縁破壊して放電した。よって、本実施形態の放出イオン電流値は、従来の数ピコアンペア程度と比べ、数１０ピコアンペア以上と、約５倍大きくすることができる。尚、印可電圧は高電圧であり、直流の５００V以上、望ましくは１０００V以上がよい。
次に放出されたイオンが銀イオン（Ａｇ＋）であることを確認した。被注入体３０として金の平板を用い、印可電圧３ｋＶで、先鋭化部１２と被注入体３０との距離を５ｍｍ、５０時間照射を行った。先鋭化部１２と被注入体３０との距離を５ｍｍ、５０時間照射したのは、銀が析出されたことを顕微鏡で明確に確認するためである。図４に、金（Ａｕ）平板上に、銀イオン（Ａｇ＋）を照射した状態を示す。分析したイオン注入箇所３２および非イオン注入箇所３４の範囲を示す。
図５に、銀（Ａｇ）イオンを照射した金（Ａｕ）平板表面の分析結果を示す。元素分析には、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた。上が照射をしなかった非イオン注入箇所３４の場合で、金（Ａｕ）のみが検出された。一方、銀イオン（Ａｇ＋）が照射されたイオン注入箇所３２では、金に加えて銀が検出された。よって、照射されたのが銀イオン（Ａｇ＋）であることが確認された。また、発明者らは、大気中で、イオンの到達距離である先鋭化部１２と被注入体３０との距離について１３０ｍｍ迄同様に試験を行い銀イオン（Ａｇ＋）が放出されていることを確認した。図１１に、イオンの到達距離１００ｍｍでの結果を示す。また、金（Ａｕ）平板上のイオン注入箇所３２から銀イオン（Ａｇ＋）を検出している。よって、大気中でイオンの到達距離１３０ｍｍ迄銀イオン（Ａｇ＋）を放出させることができる。即ち、本実施形態によれば、大気中でイオンの到達距離１３０ｍｍ迄、水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）、およびフッ化物イオン（Ｆ－）を放出させることができる。
図６に、イオン発生器１により、シリコンウエハに対して、水素イオン（Ｈ＋）を注入した前後の水滴の接触角を示す。接触角は、イオン注入前８２．４°からイオン注入後１０１．４°へと１９°上昇し、シリコンウエハの表面が撥水化した。Ｓｉ－Ｈはシリコンに比べて撥水性を示すことから、シリコンウエハの表面に水素イオン（Ｈ＋）が注入されたことを検証した。
次に、水素イオン（Ｈ＋）注入の第２の検証結果を示す。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄに、イオン発生器１により、ポリアニリンに対して、水素イオン（Ｈ＋）を注入前後のラマンスペクトルを示す。図８Ａは、第２の水素イオン（Ｈ＋）注入の実施例に用いたイオン発生器１のイオン発生電極１０、カバー１４を示す。カバー１４の先鋭部１５の曲率半径は１ｍｍ以下である。カバー１４はイオン伝導性の高いガラスであり、ゾル－ゲル法を用いて作成した。先鋭部１５は、ゾルを予めテーパーを有するロッド状にゲル化し、7
００℃にて焼成した後、先端をフッ酸と有機溶媒の２相界面を利用したメニスカスエッチング法にて先鋭化した。イオン発生電極１０とカバー１４は、互いの平面部を接触させてイオン伝導ができるようにした。相対湿度１００％、室温３０℃（イオン発生電極１０、カバー１４、先端部１５も室温と同等の温度）の時、導電率は、１０―３Ｓ/ｃｍである。
イオン放出は、印加電圧１ｋＶから増加する。印加電圧２．５ｋＶにて放出イオン３が水素イオン（Ｈ＋）であることを図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄにて確認した。図８Ｂは、被注入体３０の構成を示す。シリコン基板の上に被注入体３０であるポリアニンを乗せ、その上に直径３ｍｍの円形の孔を有するアルミニウムシートを乗せた。アルミニウムシートにより放出イオン３である水素イオン（Ｈ＋）は、被注入体３０のポリアミンに円形で注入される。
００℃にて焼成した後、先端をフッ酸と有機溶媒の２相界面を利用したメニスカスエッチング法にて先鋭化した。イオン発生電極１０とカバー１４は、互いの平面部を接触させてイオン伝導ができるようにした。相対湿度１００％、室温３０℃（イオン発生電極１０、カバー１４、先端部１５も室温と同等の温度）の時、導電率は、１０―３Ｓ/ｃｍである。
イオン放出は、印加電圧１ｋＶから増加する。印加電圧２．５ｋＶにて放出イオン３が水素イオン（Ｈ＋）であることを図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄにて確認した。図８Ｂは、被注入体３０の構成を示す。シリコン基板の上に被注入体３０であるポリアニンを乗せ、その上に直径３ｍｍの円形の孔を有するアルミニウムシートを乗せた。アルミニウムシートにより放出イオン３である水素イオン（Ｈ＋）は、被注入体３０のポリアミンに円形で注入される。
図８Ｃに、ポリアニリンに水素イオン（Ｈ＋）を注入した前後のラマンスペクトルを示す。ラマンスペクトルのピーク１およびピーク２と示したものは、それぞれ化学式（３）、（４）に示す窒素原子（-Ｎ=）およびその窒素原子に水素イオン（Ｈ＋）が付加した結合(-ＮＨ＋=)に対応しており、ポリアニリンに水素イオン（Ｈ＋）が反応すると、ピーク１と示した結合が増加し、他方ピーク２と示した結合は減少する。水素イオン注入後にピーク１の増加、およびピーク２の減少が見られた。
図８Ｄは、イオン注入箇所３２のラマンマッピングによる反応を示す。アルミシートのない円形の被照射エリアでのみそのような反応が確認された。
図９Ａ、図９Ｂに、イオン発生器１により、銅イオン（Ｃｕ＋）を照射した結果を示す。
図９Ａに上記の銀イオン（Ａｇ＋）照射の実験と同じ条件で、被注入体３０であるシリコン(Si)基板に銅イオン（Ｃｕ＋）を照射したときの電子顕微鏡写真を示す。白い部分がイオン注入箇所３２であり、黒い部分が非イオン注入箇所３４である。円枠で示すイオン注入箇所３２及び非イオン注入箇所３４は、分析した箇所を示す。
図９Ａに上記の銀イオン（Ａｇ＋）照射の実験と同じ条件で、被注入体３０であるシリコン(Si)基板に銅イオン（Ｃｕ＋）を照射したときの電子顕微鏡写真を示す。白い部分がイオン注入箇所３２であり、黒い部分が非イオン注入箇所３４である。円枠で示すイオン注入箇所３２及び非イオン注入箇所３４は、分析した箇所を示す。
図９ＢＢに銅イオン（Ｃｕ＋）を照射したシリコン（Ｓｉ）基板表面のＥＤＳ分析結果
を示す。分析は銀イオン（Ａｇ＋）の場合と同様である。図９Ｂ（ａ）が照射をしなかった非イオン注入箇所３４の場合で、シリコン（Ｓｉ）のみが検出された。一方、図９Ｂ（ｂ）の銅イオン（Ｃｕ＋）が照射されたイオン注入箇所３２では、シリコンに加えて銅が検出された。よって、照射されたのが銅イオン（Ｃｕ＋）であることが確認された。
を示す。分析は銀イオン（Ａｇ＋）の場合と同様である。図９Ｂ（ａ）が照射をしなかった非イオン注入箇所３４の場合で、シリコン（Ｓｉ）のみが検出された。一方、図９Ｂ（ｂ）の銅イオン（Ｃｕ＋）が照射されたイオン注入箇所３２では、シリコンに加えて銅が検出された。よって、照射されたのが銅イオン（Ｃｕ＋）であることが確認された。
（温度依存性）
図１０に、フッ化物イオン伝導性ガラスの電気抵抗と温度の関係を示す。電気抵抗は温度に反比例する。ここで、電気抵抗が下がるほど放出されるフッ化物イオン（Ｆ－）のイオン電流値が上昇する。よって、電気抵抗が小さくなる２００℃程度（もしくはそれ以上）に、イオン発生電極１０（先鋭化部１２）を加熱すると、フッ化物イオン（Ｆ－）の放出量を更に増やすことができる。即ち、加熱により電気抵抗を２０ＭΩ以下にできると印加電圧が低くでき高圧電源２４等が簡素化できる。この電気抵抗をが２０ＭΩ以下になる２００℃は、ガラス転移点温度より低い温度である。また、フッ化物イオン以外の水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）においても同様の電気抵抗は温度に反比例する特性がある。よって、イオン発生電極１０（先鋭化部１２）に電気ヒータ等の加熱装置（図示しない）を取り付け加熱して、電気抵抗を小さくするイオン発生器１としてもよい。
図１０に、フッ化物イオン伝導性ガラスの電気抵抗と温度の関係を示す。電気抵抗は温度に反比例する。ここで、電気抵抗が下がるほど放出されるフッ化物イオン（Ｆ－）のイオン電流値が上昇する。よって、電気抵抗が小さくなる２００℃程度（もしくはそれ以上）に、イオン発生電極１０（先鋭化部１２）を加熱すると、フッ化物イオン（Ｆ－）の放出量を更に増やすことができる。即ち、加熱により電気抵抗を２０ＭΩ以下にできると印加電圧が低くでき高圧電源２４等が簡素化できる。この電気抵抗をが２０ＭΩ以下になる２００℃は、ガラス転移点温度より低い温度である。また、フッ化物イオン以外の水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）においても同様の電気抵抗は温度に反比例する特性がある。よって、イオン発生電極１０（先鋭化部１２）に電気ヒータ等の加熱装置（図示しない）を取り付け加熱して、電気抵抗を小さくするイオン発生器１としてもよい。
（放電電流）
放電電流は以下のように流れる。
カチオンイオンの場合、水素イオン（Ｈ＋）を例とすると、高圧電源２４により、イオン発生電極１０にプラス、引抜電極２０にマイナスの直流高電圧が印加される。イオン発生電極１０の水素が、水素イオン（Ｈ＋）と電子に分解する（式１参照）。引抜電極２０にはマイナス電圧がかけられているので、水素イオン（Ｈ＋）は、カバー１４の内部に引き寄せられ、先鋭部１５から引抜電極２０に向けて放出される。一方、電子は、引抜電極２０に反発すると共に高圧電源２４（プラス端子）に向かって流れる。
アニオンイオンの場合、フッ化物イオン（Ｆ－）を例とすると、高圧電源２４により、イオン発生電極１０にマイナス、引抜電極２０にプラスの直流高電圧が印加される。イオン発生電極１０のフッ化物が、高圧電源２４（マイナス端子）から電子の供給を受けフッ化物イオン（Ｆ－）となる。引抜電極２０にはプラス電圧がかけられているので、フッ化物イオン（Ｆ－）は、カバー１４の内部に引き寄せられ、先鋭部１５から引抜電極２０に向けて放出される。即ち、電子は、高圧電源２４（マイナス端子）から電子はイオン発生電極１０に向かって流れる。
放電電流は以下のように流れる。
カチオンイオンの場合、水素イオン（Ｈ＋）を例とすると、高圧電源２４により、イオン発生電極１０にプラス、引抜電極２０にマイナスの直流高電圧が印加される。イオン発生電極１０の水素が、水素イオン（Ｈ＋）と電子に分解する（式１参照）。引抜電極２０にはマイナス電圧がかけられているので、水素イオン（Ｈ＋）は、カバー１４の内部に引き寄せられ、先鋭部１５から引抜電極２０に向けて放出される。一方、電子は、引抜電極２０に反発すると共に高圧電源２４（プラス端子）に向かって流れる。
アニオンイオンの場合、フッ化物イオン（Ｆ－）を例とすると、高圧電源２４により、イオン発生電極１０にマイナス、引抜電極２０にプラスの直流高電圧が印加される。イオン発生電極１０のフッ化物が、高圧電源２４（マイナス端子）から電子の供給を受けフッ化物イオン（Ｆ－）となる。引抜電極２０にはプラス電圧がかけられているので、フッ化物イオン（Ｆ－）は、カバー１４の内部に引き寄せられ、先鋭部１５から引抜電極２０に向けて放出される。即ち、電子は、高圧電源２４（マイナス端子）から電子はイオン発生電極１０に向かって流れる。
水素イオン（Ｈ＋）は電子殻をもたない非常に活性なイオンであり、水素イオン（Ｈ＋）注入による表面形状や極性、また電気・光学特性の変化などが期待される。たとえば太陽電池や液晶パネルなどに利用されるアモルファスシリコンは水素化されており、水素量によって電気特性が変化する。局所的に任意の量のＨ＋を簡便に注入することで、アモルファスシリコンの物性制御への利用が考えられる。またポリアニリンは絶縁体であるが水素イオン（Ｈ＋）を注入することで半導体に転移する。化学薬品を用いずに導電性を付与することができ、局所的に水素イオン（Ｈ＋）をポリアニリンに注入することで多様な電子回路設計の可能性が広がる。そのほかガラスに水素イオン（Ｈ＋）を注入した場合は架橋酸素の結合が切れることで水酸基（ＯＨ基）が生成し、親水性を付与することが可能となる。
ナトリウムイオン（Ｎａ＋）やカリウムイオン（Ｋ＋）は生命活動に深く関係しており、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は体内の水分量の調整、またカリウムイオン（Ｋ＋）は筋肉や神経の働きに関係する。これらのイオンを局所的に注入可能となれば、新たな治療法の開発などが期待される。
セシウムイオン（Ｃｓ＋）を注入すると、被注入体表面の仕事関数を下げる効果があり、被注入体から負イオンが出やすくなる。この原理は二次イオン質量分析法などで利用され、ｐｐｍ～ｐｐｂ程度の不純物まで検出可能となる。
銀イオン（Ａｇ＋）は抗菌性を付与することが可能であり、歯科治療などの応用が考えられる。また注入した銀イオン（Ａｇ＋）を還元すればＡｇナノ粒子が生成する。Ａｇナノ粒子は表面増強ラマン散乱など光学活性に効果がある。これまでＡｇナノ粒子を作製する手法は様々開発されているが、Ａｇナノ粒子を周期的に配列する汎用技術は無い。銀イオン（Ａｇ＋）イオン銃によってＡｇナノ粒子配列が期待される。
銅イオン（Ｃｕ＋）もまた抗菌性を付与することが可能であり、抗菌繊維製品にも取り入れられている。上述の銀イオンと同様に還元すればＣｕナノ粒子やＣｕ２Ｏ、ＣｕＯナノ粒子を作製することができる。
一方、フッ素は表面エネルギを下げる効果がり、フッ化物イオン（Ｆ－）を注入することで表面の撥水化が期待される。また骨や歯の主成分であるハイドロキシアパタイトとフッ化物イオン（Ｆ－）が反応するとフルオロアパタイトが生成する。フルオロアパタイトはハイドロキシアパタイトに比べて酸に溶けにくく、フッ化物イオン（Ｆ－）注入による歯科治療の用途が広がる。
ナトリウムイオン（Ｎａ＋）やカリウムイオン（Ｋ＋）は生命活動に深く関係しており、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は体内の水分量の調整、またカリウムイオン（Ｋ＋）は筋肉や神経の働きに関係する。これらのイオンを局所的に注入可能となれば、新たな治療法の開発などが期待される。
セシウムイオン（Ｃｓ＋）を注入すると、被注入体表面の仕事関数を下げる効果があり、被注入体から負イオンが出やすくなる。この原理は二次イオン質量分析法などで利用され、ｐｐｍ～ｐｐｂ程度の不純物まで検出可能となる。
銀イオン（Ａｇ＋）は抗菌性を付与することが可能であり、歯科治療などの応用が考えられる。また注入した銀イオン（Ａｇ＋）を還元すればＡｇナノ粒子が生成する。Ａｇナノ粒子は表面増強ラマン散乱など光学活性に効果がある。これまでＡｇナノ粒子を作製する手法は様々開発されているが、Ａｇナノ粒子を周期的に配列する汎用技術は無い。銀イオン（Ａｇ＋）イオン銃によってＡｇナノ粒子配列が期待される。
銅イオン（Ｃｕ＋）もまた抗菌性を付与することが可能であり、抗菌繊維製品にも取り入れられている。上述の銀イオンと同様に還元すればＣｕナノ粒子やＣｕ２Ｏ、ＣｕＯナノ粒子を作製することができる。
一方、フッ素は表面エネルギを下げる効果がり、フッ化物イオン（Ｆ－）を注入することで表面の撥水化が期待される。また骨や歯の主成分であるハイドロキシアパタイトとフッ化物イオン（Ｆ－）が反応するとフルオロアパタイトが生成する。フルオロアパタイトはハイドロキシアパタイトに比べて酸に溶けにくく、フッ化物イオン（Ｆ－）注入による歯科治療の用途が広がる。
イオン発生器 １
放出イオン ３
イオン発生電極 １０
先鋭化部 １２
カバー １４
先鋭部（カバー） １５
引抜電極 ２０
孔 ２２
高圧電源 ２４
被注入体 ３０
イオン注入箇所 ３２
非イオン注入箇所 ３４
放出イオン ３
イオン発生電極 １０
先鋭化部 １２
カバー １４
先鋭部（カバー） １５
引抜電極 ２０
孔 ２２
高圧電源 ２４
被注入体 ３０
イオン注入箇所 ３２
非イオン注入箇所 ３４
Claims (8)
- イオン発生電極と、引抜電極と、を有し、高電圧が印加されると、イオンを放出させるイオン発生器において、前記イオン発生電極は、放出されるイオンを有し、前記イオン発生電極の一方の端部には先鋭部を有するカバーを備え、前記カバーは、前記先鋭化部にガラスをコートし、電子は絶縁し前記イオンを伝導させることを特徴とするイオン発生器。
- 前記放出されるイオンは、水素イオン（Ｈ＋）、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）、およびフッ化物イオン（Ｆ－）からなる群より選択される一種類であることを特徴とする請求項１に記載するイオン発生器。
- 前記カバーは、前項に記載される放出されるイオンを含む化合物を有することを特徴とする請求項２に記載するイオン発生器。
- 前記カバーは、水分を吸着した多孔質ガラスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器。
- 前記カバーは、銀イオン（Ａｇ＋）、銅イオン（Ｃｕ＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、およびセシウムイオン（Ｃｓ＋）からなる群より選択される一種類とヨウ素（Ｉ）の化合物を含む材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器。
- 前記カバーは、フッ化物イオン（Ｆ－）とジルコニウム（Ｚｒ）とバリウム（Ｂａ）を含む化合物を含む材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載するイオン発生器。
- 前記先鋭部は、曲率半径Ｒが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載するイオン発生器。
- 前記イオン発生電極を加熱する加熱装置を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載するイオン発生器。
Applications Claiming Priority (2)
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