JPS6187833A - 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 - Google Patents
高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明はｖＪＩＩ工学における高エネルギー電子線によ
る固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法
に関するものである。 （従来の技術） 従来、固体金属中の定められた箇所へ所定の異種原子を
強制的に導入するいわゆる異種原子の過飽和注入は、主
とし°Ｃイオン注入法によって行われてきた。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、このイオン注入法においては、異種原子の導入
が試料表面直下の領域に限られる上に、注入域には激し
い照射損傷が不可避的に生ずる。 その結果、この方法の利用範囲は狭く制限されている。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、高エネルギー電子線の照射という新しい手法
により、固体金属中に予め導入された異種原子の濃度分
布を人為的に制御することを目的とするものである。こ
の方法によれば、照射損傷を軽微に抑えなが゛ら、固体
深部の所定の位置に所定の異種原子を過飽和注入するこ
とが可能となる。 本発明は、予め対象とする異種原子からなる異相を母相
中の所定の位置に包埋した母材を作製し、これを両相を
構成する原子に変位を起こさせるに十分なエネルギーを
持つ電子線によって照射することによって、母相中の所
定の位置に異種原子の過飽和注入域を形成すると共に、
異相から母相にわノこる領域の異種原子の温度プロファ
イルを任意にＩ＋制御する方法である。 本ＩＮ明にＪ５いて、予め黒石、焼結あるいは合せロー
ル等の方法により、母相内部に所定の異種原子から成る
異相領域を含む母材を作製する。母相としてはアルミニ
ウム、金等の面心立方格子の元素がθ１′ましい。アル
ミニウムまたは金の母相中に異相領域を形、戎する異種
原子としてはゲルマニウムまたはケイ素が好ましい。 第′１図ａおよびｂにおいて、島状および層状のｊ？
ＩＦ １の領域をそれぞれ含む母材を例示した。これら
の母材を、異相１および母相２を構成する原子のいずれ
もが変位を受けるのに十分な高エネルギーを持つ電子線
３によって照射する。照射は異種原子の熱拡散が十分抑
止される低調で行う。このような照射により、各異種原
子は電子ｅと衝突して毎秒Ｐ回のランダム・ジャンプを
行う（Ｐは、電子のエネルギーを２Ｍｅ Ｖ、電子線強
度を１０２４ｅ／ｍ２・Ｓとするど１０−２〜１０−３
／ ｓ程度である）。 その結果、予め等大した異種原子は母相の原子と＋ｆｌ
Ｉ’を拡散し、各異相領域は、なだらかな異種原子の
温度プロファイルを持つＣ母相とつながるに至る。ずな
わら、異種原子の母相への過飽和注入か達成される。 この異種原子のｖａ度力分布、（ｉ）異相領域の初期形
状、（ｉｉ）照ｒＡ量と温度等のパラメータによって制
御できる。 母相としてアルミニウムを用い、異相としてゲルマニウ
ムまたはケイ素を用いる電子線照射の条件を示すと、照
Ｑ４する電子エネルギーの範囲は１〜１０Ｍｅ Ｖ’、
特に２〜５〜Ｉｅ Ｖが好ましい。電子線照射による電
子と原子の衝突の回教Ｐは、電子エネルギーの増加と共
に増すが、電子エネルギーが１０ＭｅＶ以上では、物質
の核変換により放射化する可能性がある。またＩＭｅＶ
以下では衝突の回教Ｐが小さくなりすぎ、必要な濃度変
化（もしくは拡散距離）をもたらすのに時間を要するの
で好ましくない。電子線強度の範囲は１０２３〜１０２
５ｅ／ｍ” ” Ｓ 、特に１０ Ｃ／Ｔ１２・Ｓ程度
が好ましい。 電子線強度が１ｏ２５ｅ ／ Ｔ１１２・Ｓを超えると
電子銃の製作に３５いて難点があり、１０”３ｅ ／’
ｍ２・Ｓよりも小さいと、照射時間の増大をもたらすの
で非実用的である。電子線の照射時間は電子線強度が大
きいと短時間でよく、電子線強度が小さいと長時間必要
であるが、通１；也は１０３〜１０５秒程度である。 照ＣＨｉ品度は１１３に以下の低温で行うことが必要で
ある。照射温度は高づぎると原子の熱拡散を生じ、異相
原子のみが析出し固溶状態ではなく偏析また
る固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法
に関するものである。 （従来の技術） 従来、固体金属中の定められた箇所へ所定の異種原子を
強制的に導入するいわゆる異種原子の過飽和注入は、主
とし°Ｃイオン注入法によって行われてきた。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、このイオン注入法においては、異種原子の導入
が試料表面直下の領域に限られる上に、注入域には激し
い照射損傷が不可避的に生ずる。 その結果、この方法の利用範囲は狭く制限されている。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、高エネルギー電子線の照射という新しい手法
により、固体金属中に予め導入された異種原子の濃度分
布を人為的に制御することを目的とするものである。こ
の方法によれば、照射損傷を軽微に抑えなが゛ら、固体
深部の所定の位置に所定の異種原子を過飽和注入するこ
とが可能となる。 本発明は、予め対象とする異種原子からなる異相を母相
中の所定の位置に包埋した母材を作製し、これを両相を
構成する原子に変位を起こさせるに十分なエネルギーを
持つ電子線によって照射することによって、母相中の所
定の位置に異種原子の過飽和注入域を形成すると共に、
異相から母相にわノこる領域の異種原子の温度プロファ
イルを任意にＩ＋制御する方法である。 本ＩＮ明にＪ５いて、予め黒石、焼結あるいは合せロー
ル等の方法により、母相内部に所定の異種原子から成る
異相領域を含む母材を作製する。母相としてはアルミニ
ウム、金等の面心立方格子の元素がθ１′ましい。アル
ミニウムまたは金の母相中に異相領域を形、戎する異種
原子としてはゲルマニウムまたはケイ素が好ましい。 第′１図ａおよびｂにおいて、島状および層状のｊ？
ＩＦ １の領域をそれぞれ含む母材を例示した。これら
の母材を、異相１および母相２を構成する原子のいずれ
もが変位を受けるのに十分な高エネルギーを持つ電子線
３によって照射する。照射は異種原子の熱拡散が十分抑
止される低調で行う。このような照射により、各異種原
子は電子ｅと衝突して毎秒Ｐ回のランダム・ジャンプを
行う（Ｐは、電子のエネルギーを２Ｍｅ Ｖ、電子線強
度を１０２４ｅ／ｍ２・Ｓとするど１０−２〜１０−３
／ ｓ程度である）。 その結果、予め等大した異種原子は母相の原子と＋ｆｌ
Ｉ’を拡散し、各異相領域は、なだらかな異種原子の
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わら、異種原子の母相への過飽和注入か達成される。 この異種原子のｖａ度力分布、（ｉ）異相領域の初期形
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御できる。 母相としてアルミニウムを用い、異相としてゲルマニウ
ムまたはケイ素を用いる電子線照射の条件を示すと、照
Ｑ４する電子エネルギーの範囲は１〜１０Ｍｅ Ｖ’、
特に２〜５〜Ｉｅ Ｖが好ましい。電子線照射による電
子と原子の衝突の回教Ｐは、電子エネルギーの増加と共
に増すが、電子エネルギーが１０ＭｅＶ以上では、物質
の核変換により放射化する可能性がある。またＩＭｅＶ
以下では衝突の回教Ｐが小さくなりすぎ、必要な濃度変
化（もしくは拡散距離）をもたらすのに時間を要するの
で好ましくない。電子線強度の範囲は１０２３〜１０２
５ｅ／ｍ” ” Ｓ 、特に１０ Ｃ／Ｔ１２・Ｓ程度
が好ましい。 電子線強度が１ｏ２５ｅ ／ Ｔ１１２・Ｓを超えると
電子銃の製作に３５いて難点があり、１０”３ｅ ／’
ｍ２・Ｓよりも小さいと、照射時間の増大をもたらすの
で非実用的である。電子線の照射時間は電子線強度が大
きいと短時間でよく、電子線強度が小さいと長時間必要
であるが、通１；也は１０３〜１０５秒程度である。 照ＣＨｉ品度は１１３に以下の低温で行うことが必要で
ある。照射温度は高づぎると原子の熱拡散を生じ、異相
原子のみが析出し固溶状態ではなく偏析また
【、↓析出
状態となるので好ましくない。 次に本発明によって過飽和注入を行うのに必要な照射条
件の具体例を示す。 （実施例） ３μｍノ！７ざのアルミニウムを母相として用い、１０
０Ａ厚さで１μｍ程度の大きさのゲルマニウム小板を異
相として用い、ゲルマニウムを前処ｉ〒によってアルミ
ニウム中に包埋した。得られた試料を電子エネルギー２
ＭｅＶ、電子線強度１０” ’ （！ ／′ゴ・Ｓ、照
射温度９３におよび照射時間１０４秒の条イ１下に電子
線照射を行った。 しきい電圧（物質によって定まる１直である。例えばア
ルミニウムの場合は約１６０ｋＶ ）以上に加速された
電圧によってターゲット金属結晶を照射すると、結晶を
構成する原子のいくつかが格子点からはじき出され、隣
接するｒ６電子に移動する。この状態を第２図によって
説明する。異相１の領域はゲルマニウム原子のみででさ
ており、母相２のＦｉｒ ｊｏｔはアルミニウム；皇子
のみでできでいるとする。 電子Ｏ−によってたたきだされたＡはＢの位置へ、Ｂは
Ｃの位置へ、ＣはＤの位置へとそれぞれ移３５）し、そ
の結果、アルミニウム原子がゲルマニウム中に１ ｆｆ
４人ったことになる。当然、他の箇所では異相１から母
相２へ移動する原子もあるので、このような移動の梢み
巾ねによって異相１とＤ１相２の界面は次第にぼんやり
したものになる。 この状態を電子線照射しながら電子顕微鏡で直接硯奈す
ると、ゲルマニウムの小板が次第に小さくなり、中には
完全に消滅してしまうものもでてくる。つまり、析出物
がアルミニウム相中に再固溶する。この途中の段階では
ゲルマニウムは非晶°Ｑになっておｅ〕、ゲルマニウム
が結晶析出物→非晶υｉ析出物→再固溶という項番で溶
けていくことか゛（〕］る。 ゲルマニウムの代りにケイ素を用いた場合も同様の結果
が得られた。 （発明の効果） （イ）従来のイオン注入法においては、異種原子の導入
が表面直下の高々数百オングストロームの領域に限られ
ていたか、本発明による方法では、照ｍ源として透過力
が格段に強い電子線を用いる関係上、数十ミクロンもあ
る母（オの任意の位置に異種原子を過飽和注入すること
が可１指となる。 （ロ）さらに、予め導入する異相領域の形状２分イロを
制御すれば、イオン注入法では困難な種々の形態の過飽
和注入域を母相中に形成Ｊることかできる。例えば、予
め薄板状の異相領域を一腑あるいは多層にして母相中に
導入したり、また棒状の異相領域をすのこ状に母ｉ目中
に導入した母材を準１１１＾ずれぽ、それぞれ２次元な
らびに１次元的な特性を協えた過飽和異種口λ子汗入域
を含む材料を１！することか−（・さる。 （ハ）また本発明による方法では照射源として電子線を
用いる関係上その形状や大きさを電ｆｆｉ場によってイ
オンの場合よりもより精度よく制御することができる。 その結果、より微細な数十オングストローム径程度の局
所的過飽和注入域をは相中の所定の位置に１１♂疫よく
形成することも６Ｊ能となる。 （ニ）従来のイオン注入法では過飽和１１人される異種
原子の種類は通常一種類に限られるが、本発明において
は予め】９人する賀相領域のイヒ学的組成を任意に選定
することか可能であり、従って必要に応じて多成分の原
子を所定の３１１合で同１持に過飽和注入することかで
きる。これは本発明の１４１かたい特徴の一つである。 本発明による方法は、■異種原子を三次元的に任意の箇
所１こ任意のΦ注入した電子材料、アモルフン・ス材料
Ｊ３よび各独復合材料、■状態図からは予想できない２
種以上の異種原子を三次元的に過飽和に含んだ新材料、
■異相界面のつながりを円滑にした電子材料および各種
複合材料等の製造に利用することかできる。
状態となるので好ましくない。 次に本発明によって過飽和注入を行うのに必要な照射条
件の具体例を示す。 （実施例） ３μｍノ！７ざのアルミニウムを母相として用い、１０
０Ａ厚さで１μｍ程度の大きさのゲルマニウム小板を異
相として用い、ゲルマニウムを前処ｉ〒によってアルミ
ニウム中に包埋した。得られた試料を電子エネルギー２
ＭｅＶ、電子線強度１０” ’ （！ ／′ゴ・Ｓ、照
射温度９３におよび照射時間１０４秒の条イ１下に電子
線照射を行った。 しきい電圧（物質によって定まる１直である。例えばア
ルミニウムの場合は約１６０ｋＶ ）以上に加速された
電圧によってターゲット金属結晶を照射すると、結晶を
構成する原子のいくつかが格子点からはじき出され、隣
接するｒ６電子に移動する。この状態を第２図によって
説明する。異相１の領域はゲルマニウム原子のみででさ
ており、母相２のＦｉｒ ｊｏｔはアルミニウム；皇子
のみでできでいるとする。 電子Ｏ−によってたたきだされたＡはＢの位置へ、Ｂは
Ｃの位置へ、ＣはＤの位置へとそれぞれ移３５）し、そ
の結果、アルミニウム原子がゲルマニウム中に１ ｆｆ
４人ったことになる。当然、他の箇所では異相１から母
相２へ移動する原子もあるので、このような移動の梢み
巾ねによって異相１とＤ１相２の界面は次第にぼんやり
したものになる。 この状態を電子線照射しながら電子顕微鏡で直接硯奈す
ると、ゲルマニウムの小板が次第に小さくなり、中には
完全に消滅してしまうものもでてくる。つまり、析出物
がアルミニウム相中に再固溶する。この途中の段階では
ゲルマニウムは非晶°Ｑになっておｅ〕、ゲルマニウム
が結晶析出物→非晶υｉ析出物→再固溶という項番で溶
けていくことか゛（〕］る。 ゲルマニウムの代りにケイ素を用いた場合も同様の結果
が得られた。 （発明の効果） （イ）従来のイオン注入法においては、異種原子の導入
が表面直下の高々数百オングストロームの領域に限られ
ていたか、本発明による方法では、照ｍ源として透過力
が格段に強い電子線を用いる関係上、数十ミクロンもあ
る母（オの任意の位置に異種原子を過飽和注入すること
が可１指となる。 （ロ）さらに、予め導入する異相領域の形状２分イロを
制御すれば、イオン注入法では困難な種々の形態の過飽
和注入域を母相中に形成Ｊることかできる。例えば、予
め薄板状の異相領域を一腑あるいは多層にして母相中に
導入したり、また棒状の異相領域をすのこ状に母ｉ目中
に導入した母材を準１１１＾ずれぽ、それぞれ２次元な
らびに１次元的な特性を協えた過飽和異種口λ子汗入域
を含む材料を１！することか−（・さる。 （ハ）また本発明による方法では照射源として電子線を
用いる関係上その形状や大きさを電ｆｆｉ場によってイ
オンの場合よりもより精度よく制御することができる。 その結果、より微細な数十オングストローム径程度の局
所的過飽和注入域をは相中の所定の位置に１１♂疫よく
形成することも６Ｊ能となる。 （ニ）従来のイオン注入法では過飽和１１人される異種
原子の種類は通常一種類に限られるが、本発明において
は予め】９人する賀相領域のイヒ学的組成を任意に選定
することか可能であり、従って必要に応じて多成分の原
子を所定の３１１合で同１持に過飽和注入することかで
きる。これは本発明の１４１かたい特徴の一つである。 本発明による方法は、■異種原子を三次元的に任意の箇
所１こ任意のΦ注入した電子材料、アモルフン・ス材料
Ｊ３よび各独復合材料、■状態図からは予想できない２
種以上の異種原子を三次元的に過飽和に含んだ新材料、
■異相界面のつながりを円滑にした電子材料および各種
複合材料等の製造に利用することかできる。
第１図は本光開実ｌＪＶ！１シリによる方法を示す叫略
図、第２図【Ｊ電子１つｌ照射による原子の移動を示づ
模式図ひある。 １・・・異相 ２・・・母相３・・・電子
線 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図
図、第２図【Ｊ電子１つｌ照射による原子の移動を示づ
模式図ひある。 １・・・異相 ２・・・母相３・・・電子
線 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図
Claims (1)
- １、予め対象とするゲルマニウムまたはケイ素の異種原
子からなる異相をアルミニウムの母相中の所定の位置に
包埋した母材を作製し、異相および母相を構成する原子
に変位を起こさせるに十分な高エネルギーを持つ電子線
によって、母材を照射し、母相中の所定の位置に異種原
子の過飽和注入域を形成すると共に、異相から母相にわ
たる領域の異種原子の濃度プロファイルを任意に制御す
ることを特徴とする高エネルギー電子線による固体深部
への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208304A JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
| US06/776,150 US4670291A (en) | 1984-10-05 | 1985-09-13 | Method of controlling supersaturated injection and concentration of exotic atoms into deep portions of a solid with a high energy electron beam |
| EP85306680A EP0181073B1 (en) | 1984-10-05 | 1985-09-19 | Method for controlling the injection and concentration of a supersaturation of exotic atoms deeply into a solid material |
| DE8585306680T DE3572845D1 (en) | 1984-10-05 | 1985-09-19 | Method for controlling the injection and concentration of a supersaturation of exotic atoms deeply into a solid material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208304A JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6187833A true JPS6187833A (ja) | 1986-05-06 |
| JPS6363620B2 JPS6363620B2 (ja) | 1988-12-08 |
Family
ID=16554032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59208304A Granted JPS6187833A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 高エネルギ−電子線による固体深部への異種原子の過飽和注入と濃度の制御方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4670291A (ja) |
| EP (1) | EP0181073B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6187833A (ja) |
| DE (1) | DE3572845D1 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0674501B2 (ja) * | 1985-02-27 | 1994-09-21 | 大阪大学長 | 電子線による異種原子の固体内注入方法 |
| US5171992A (en) * | 1990-10-31 | 1992-12-15 | International Business Machines Corporation | Nanometer scale probe for an atomic force microscope, and method for making same |
| GB9114038D0 (en) * | 1991-06-26 | 1991-08-14 | Atomic Energy Authority Uk | Gas sensor |
| US5166919A (en) * | 1991-07-11 | 1992-11-24 | International Business Machines Corporation | Atomic scale electronic switch |
Family Cites Families (10)
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|---|---|---|---|---|
| US2911533A (en) * | 1957-12-24 | 1959-11-03 | Arthur C Damask | Electron irradiation of solids |
| DE1614854A1 (de) * | 1966-12-30 | 1970-12-23 | Texas Instruments Inc | Verfahren zur Erzeugung von UEbergaengen in Halbleitern |
| CA1041881A (en) * | 1974-09-11 | 1978-11-07 | Niels N. Engel | Coated steel product and process of producing the same |
| CA1095387A (en) * | 1976-02-17 | 1981-02-10 | Conrad M. Banas | Skin melting |
| GB2073254B (en) * | 1980-04-09 | 1984-05-23 | Atomic Energy Authority Uk | Ion implanting metal coated ferrous surfaces |
| US4359486A (en) * | 1980-08-28 | 1982-11-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of producing alloyed metal contact layers on crystal-orientated semiconductor surfaces by energy pulse irradiation |
| US4532149A (en) * | 1981-10-21 | 1985-07-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for producing hard-surfaced tools and machine components |
| GB2125442B (en) * | 1982-05-24 | 1986-02-19 | Atomic Energy Authority Uk | A procedure for the hardening of materials |
| US4486247A (en) * | 1982-06-21 | 1984-12-04 | Westinghouse Electric Corp. | Wear resistant steel articles with carbon, oxygen and nitrogen implanted in the surface thereof |
| DE3224810A1 (de) * | 1982-07-02 | 1984-01-05 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur erzeugung harter, verschleissfester randschichten auf einem metallischen werkstoff |
-
1984
- 1984-10-05 JP JP59208304A patent/JPS6187833A/ja active Granted
-
1985
- 1985-09-13 US US06/776,150 patent/US4670291A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-19 EP EP85306680A patent/EP0181073B1/en not_active Expired
- 1985-09-19 DE DE8585306680T patent/DE3572845D1/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3572845D1 (en) | 1989-10-12 |
| EP0181073B1 (en) | 1989-09-06 |
| JPS6363620B2 (ja) | 1988-12-08 |
| EP0181073A1 (en) | 1986-05-14 |
| US4670291A (en) | 1987-06-02 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |