ヘリウムを充満したセル中にシリコン試料をセットして高エネルギーパルスレーザー照射を行うと、高密度のシリコン蒸気が噴出し、これがピストンの役目を果たしてヘリウム中を衝撃波が伝播する。セルの内壁を楕円形状にしてシリコン試料をその焦点に配置すると、焦点から発した衝撃波はもう一方の焦点に集光し、噴出したシリコン蒸気をこの付近に閉じ込める。シリコン蒸気とヘリウムとが接する境界では、1/10000秒といった短時間に亘り、シリコンナノブロックが均一条件で成長し、サイズの揃った高精度クラスタービームが生成される。 この新しい原理のクラスター源SCCSを搭載したシリコン超薄膜生成システムの研究開発向け製品モデル機を開発した。機能性の高いシリコン超薄膜を工業材料として利用するためには、シリコンクラスターの中性ビーム強度を高める必要があり、高エネルギーパルスレーザーのビームプロファイルを制御することで、毎分0.2クラスター層/の実用的成膜速度を達成した。

モデル機の特徴
レーザー蒸発型高精度クラスター源SCCS*の搭載
中性クラスタービーム　ビーム径6mm
成膜速度　0.2層/分以上
超高真空クリーン環境下での成膜
基板上ビーム走査機構
標的試料水冷回転機構
標的試料の交換作業性が容易
真空排気系　ターボ分子ポンプ
*SCCS: Spatiotemporal confined cluster source

参考資料

クラスター源SCCSについては、以下参照。
1) 「シリコンナノブロックの配列秩序形成と薄膜生成システムの実用化」岩田,武藤,大木, レーザ加工学会誌 10-3, (2003) 57-60.
2) “Narrow size-distributed silicon cluster beam generated using a spatiotemporal confined cluster source” 岩田,岸田,武藤,Yu,澤田,福田,滝谷,小村,中島 Chem. Phys. Lett. 358, (2002) 36-42.
3) 「時空間局所閉じ込め型クラスタービーム源の開発」 岩田,岸田,Yu,福田,澤田,武藤,小村,滝谷,中島放射線 27-3, (2001) 47-56.

衝撃波制御については、以下参照。
1) “Numerical study of unsteady compressible flow driven by supersonic jet injected into elliptical cell with small exit hole” 屋我,滝谷,岩田, Shock Waves 14, (2005) 403-411.
DOI 10.1007/s00193-005-0278-1,pp.1-9 (http://dx.doi.org/10.1007/s00193-005-0278-1)
2) “Plume dynamics during film and nanoparticles deposition by pulsed laser ablation”, 韓, Gon, Zhou, Yin, Song, 武藤,滝谷,岩田 Physics Lett. A302, (2002) 182-189.

シリコン立体超薄膜の展望については、以下参照。
1)「シリコンナノブロック」工業材料キーワード40, 岩田,高橋, Mital, 武藤 工業材料54 (2006) 22-23.
2)「立体ナノ秩序を形成するシリコンナノクラスター材料」シリコンの機能性に新たな広がりを求めて 岩田,武藤,大木, 未来材料 4 (2004) 38-44.