ブックタイトル日本結晶学会誌Vol61No1

概要

日本結晶学会誌Vol61No1

石丸学，仲村龍介(a)(b)(c)(d)50nm図4電子線照射に伴うアモルファスAl 2O 3の構造変化．（StructuralevolutionofamorphousAl2O3underelectron-beam irradiation.）（a）未照射，（b）1.8×10 25e/m 2，（c）3.6×10 25 e/m 2，（d）4.5×10 25 e/m 2照射試33）料．照射時の加速電圧は200 kVである．（文献より転載）図5結晶化に必要な電子線照射量の加速電圧依存性．（Critical electron fluence for crystallization as afunction of the energy of incident electrons.）加速電圧が低くなると，結晶化に必要な照射量は小さく33なる．（文献）より転載）ファス構造を有することがわかる（図4a）．これに1.8×10 25 e/m 2の電子線照射を施すと，結晶による回折コントラストが見られ，回折図形中にもデバイシェラーリングが出現する（図4b）．さらに，照射を施すとボイドの形成が顕著になるとともに（図4c），結晶粒が粗大化する（図4d）．得られた結晶はγ相で，熱処理試料のものと一致する．電子線照射によるアモルファスAl 2O 3の結晶化は，ほかの研究者によっても報告されている．34）,35）Murrayらは，照射時の温度上昇が結晶化に寄与していると指摘している．34）しかしながら，アモルファスAl 2O 3は700℃で1時間の熱処理を施してもアモルファス構造を保っており，29）照射時の温度上昇で結晶化が起こるとは考え難い．実際，アモルファスAl 2O 3薄膜にインジウム（融点：157℃）を蒸着して電子線照射を行ったところ，Al 2O 3の結晶化が起こっても，インジウムは融解しないことが確認された．33）すなわち，電子線照射下でのアモルファスAl 2O 3の結晶化は，温度上昇で生じたものではないと結論できる．図5は，結晶化に必要な照射量のエネルギー依存性を示したものである．縦軸はログスケールであるが，エネルギーが低いほど結晶化に必要な照射量は小さくなり，結晶化が起こりやすくなっていることがわかる．加えて，電子線照射において結晶Al 2O 3中のアルミニウムおよび酸素のはじき出しに必要な加速電圧は，それぞれ200および290 kVであり，36）アモルファスAl 2O 3においても100kV以下の加速電圧では，はじき出しは起こらないと推察される．以上より，アモルファスAl 2O 3の結晶化は電子励起効果により引き起こされていると考えられる．一方，高エネルギー側では結晶化の照射量が飽和しているが，電子励起による結晶化とはじき出しによるアモル図6照射前後の2体分布関数．（Atomic pair-distributionfunctions before and after electron-beam irradiation.）第1ピークの高さは結晶化後に低くなっており，33通常とは異なる挙動を示す．（文献）より転載）ファス化が競合していることを示唆している．結晶化に伴う構造変化を，電子線動径分布解析法により調べた．図6は，アモルファスAl 2O 3に対して100 kVの電子線を1.4×1023e/m2照射したときの2体分布関数g（r）＝―――G（r）4πrρ0＋1（ρ0：原子の数密度）の変化である．照射前試料のg（r）では顕著な第1ピークと2つに分かれた第2ピークが見られるが，これらはそれぞれAl-O，O-O，Al-Alの結合に相当している．O-OおよびAl-Alに対応するピークは結晶化に伴い顕著になり，長距離のピークも出現している．第1ピークの高さは密度にも影響を受けるが，結晶では規則性が向上するため一般にピークは上昇する．これに対して図6では結晶化後に第1ピークが低くなっており，通常の挙動とは異なる．照射に伴う連続的な構造変化を明らかにするため，2体分布関数における第1ピークの拡大したものを，図732日本結晶学会誌第61巻第1号（2019）