(57)【要約】【課題】照射層の構成分子や構成原子の喪失による質量の変化および密度の変化を精度よく測定することができるようにする。【解決手段】放射線を照射された物質の照射層の厚さを求め、上記照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、      ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）の式のｚ（Ｅｐ）に上記求めた照射層の厚さを代入するとともに、上記式のＥｐに上記求めた陽電子のエネルギーを代入することにより、上記式のρを算出し、上記算出した上記式のρを上記照射層の密度とする。【選択図】        図８
2005331433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を照射された物質の照射層の厚さを求め、
前記照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）
の式のｚ（Ｅｐ）に前記求めた照射層の厚さを代入するとともに、前記式のＥｐに前記求めた陽電子のエネルギーを代入することにより、前記式のρを算出し、
前記算出した前記式のρを前記照射層の密度とする
ことを特徴とする薄層の密度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄層の密度測定方法において、
前記照射層は、前記放射線の照射により改質された領域である
ことを特徴とする薄層の密度測定方法。
【請求項３】
放射線を照射された物質の照射層の厚さを求め、
前記照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）
の式のｚ（Ｅｐ）に前記求めた照射層の厚さを代入するとともに、前記式のＥｐに前記求めた陽電子のエネルギーを代入することにより、前記式のρを算出し、
前記算出した前記式のρを前記照射層の密度とし、
Ｒ＝１−Ｔρ／｛（Ｄ＋Ｔ）ｄ｝
の式のＴに前記求めた照射層の厚さを代入し、前記式のρに前記算出した前記照射層の密度を代入し、前記式のＤに前記物質表面の前記放射線を照射されていない非照射面と照射面との段差を代入し、前記式のｄに未照射試料の密度を代入することにより、前記式のＲを算出し、
前記算出した前記式のＲを前記放射線の照射によって影響を受けた試料層から失われた質量の割合とする
ことを特徴とする薄層の損失質量測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の薄層の損失質量測定方法において、
前記照射層は、前記放射線の照射により改質された領域である
ことを特徴とする薄層の損失質量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄層の密度測定方法および損失質量測定方法に関し、さらに詳細には、イオン、電子あるいは光などのような各種の放射線の照射による影響を受けて変化した領域（以下、「各種の放射線の照射による影響を受けて変化した領域」を「照射層」と適宜に称し、「照射層よりも深くにあって、各種の放射線の照射による影響を受けずに変化していない領域を「未照射層」と称し、また、「マスクなどによってシールドされて各種の放射線の照射の影響を受けなかった表面および層」をそれぞれ「非照射面」および「非照射層」と適宜に称する。）、即ち、イオン照射、電子線照射あるいは光照射などによる影響を受けて変化した照射層の密度および損失質量を測定する際に用いて好適な薄層の密度測定方法および損失質量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン、電子あるいは光などのような各種の放射線を物質に照射することにより、物質の表面に当該各種の放射線の照射による影響を受けて変化した領域たる照射層を形成し、これにより新素材の開発を行うという手法が知られている。
【０００３】
即ち、イオン、電子あるいは光などのような各種の放射線を物質に照射することによりその物質の表面の改質を行って、物質の表面の改質を利用した新素材の開発が行われている。
【０００４】
ところで、表面の改質を利用した新素材開発のために、物質に対してイオン照射、電子線照射あるいは光照射などを行うと、その照射層の化学結合が切断されて構成分子や構成原子が失われることになる。
【０００５】
また、塗装膜や表面処理膜などが長期間にわたって太陽光に暴露されていると、その照射層の化学結合が切断されて構成分子や構成原子が失われるという、上記と同様の現象が生じることも知られている。
【０００６】
上記したような物質の表面の改質が行われた場合において、表面改質の程度あるいは劣化の程度を評価する上で、照射層における質量の損失および密度の変化は重要な評価基準となる。
【０００７】
しかしながら、上記したような表面改質を行う場合などにおける物質の照射層の厚さは、せいぜい数ミクロンからサブミクロン程度と極めて薄いために、照射層の構成分子や構成原子の喪失による質量の変化および密度の変化を測定することは極めて困難であり、照射層の構成分子や構成原子の喪失による質量の変化および密度の変化を測定する手法の開発が強く望まれていた。
【０００８】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような強い要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照射層の構成分子や構成原子の喪失による質量の変化および密度の変化を精度よく測定することができるようにした薄層の密度測定方法および損失質量測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、照射層の厚さを求め、その厚さの照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、照射層の厚さと当該厚さの照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーとに基づいて、照射層の密度を求めるようにしたものである。また、こうして求めた密度に基づいて、放射線の照射によって失われた質量を求めるようにしたものである。
【００１１】
例えば、本発明によれば、まず、試料の切削深さを機械的に制御しながら切削の際の抗力の大きさを検出する方法であるＳＡＩＣＡＳ（Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）法や段差計など用いて照射層の厚さを測定する。次に、照射層に低速陽電子ビームを照射することにより、照射層の通過に必要な陽電子のエネルギーを測定する。
【００１２】
上記のようにして、照射層の厚さと当該照射層の通過に必要な陽電子のエネルギーとが得られると、従来より公知の経験式である下記の式（１）
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）    ・・・  式（１）
ρ：物質の密度［ｇ／ｃｍ３］
Ｅｐ：陽電子の入射エネルギー［ｋｅＶ］
ｚ（Ｅｐ）：入射エネルギーＥｐの陽電子の物質への平均侵入距離［μｍ］
から照射層の密度を求める。なお、上記した式（１）において、係数Ａは物質依存性を示すが、ほぼ０．０４であり、また、指数ｎは物質依存性を示すが、ｎ＝１．６程度である。
【００１３】
ここで、ρは物質の密度であり、ｚ（Ｅｐ）は入射エネルギーＥｐの陽電子の物質への平均侵入距離であるので、ｚ（Ｅｐ）に照射層の厚さを代入するとともにＥｐに照射層の通過に必要な陽電子のエネルギーを代入することにより算出されるρが、照射層の密度となる。
【００１４】
また、照射面と非照射面との段差あるいは照射前と照射後との試料の厚さの変化と、照射層の密度とから、照射によって失われた質量を求めることができる。
【００１５】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、放射線を照射された物質の照射層の厚さを求め、上記照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）
の式のｚ（Ｅｐ）に上記求めた照射層の厚さを代入するとともに、上記式のＥｐに上記求めた陽電子のエネルギーを代入することにより、上記式のρを算出し、上記算出した上記式のρを上記照射層の密度とするようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は。本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記照射層を上記放射線の照射により改質された領域としたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、放射線を照射された物質の照射層の厚さを求め、上記照射層を通過するために必要な陽電子のエネルギーを求め、
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）
の式のｚ（Ｅｐ）に上記求めた照射層の厚さを代入するとともに、上記式のＥｐに上記求めた陽電子のエネルギーを代入することにより、上記式のρを算出し、上記算出した上記式のρを上記照射層の密度とし、
Ｒ＝１−Ｔρ／｛（Ｄ＋Ｔ）ｄ｝
の式のＴに上記求めた照射層の厚さを代入し、上記式のρに上記算出した上記照射層の密度を代入し、上記式のＤに上記物質表面の上記放射線を照射されていない非照射面と照射面との段差を代入し、上記式のｄに未照射試料の密度を代入することにより、上記式のＲを算出し、上記算出した上記式のＲを上記放射線の照射によって影響を受けた試料層から失われた質量の割合とするようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は。本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記照射層を上記放射線の照射により改質された領域としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、照射層の構成分子や構成原子の喪失による質量の変化および密度の変化を精度よく測定することができるようにした薄層の密度測定方法および損失質量測定方法を提供することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による薄層の密度測定方法および損失質量測定方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２１】
以下においては、試料としてポリ乳酸を用い、この試料に対して１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量を変化させて照射を行い、その照射層の密度の変化および質量の変化を本発明による薄層の密度測定方法および損失質量測定方法を用いて測定した実験結果について説明する。
【００２２】
（１）試料とイオン照射
測定の試料として用いたポリ乳酸（株式会社島津製作所製のＬＡＣＴＹ）は、分子量１２００００〜１４００００であり、密度１．２７ｇ／ｃｍ３である。
【００２３】
縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの正方形状をした試料に対し、Ｈｅ＋イオン（１５０ｋｅＶ、〜０．０５μＡ）を照射量１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２および３×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した。なお、照射面積は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍである。
【００２４】
（２）照射表面の観察および照射層の厚さの測定
上記のようにして照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量を変えて照射した試料の表面における照射面と非照射面との境界近傍を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はその観察結果を示すグラフであり、図１（ａ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、図１（ｂ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、図１（ｃ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、図１（ｄ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量３×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示している。
【００２５】
ここで、図１（ａ）に示す照射量が１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２の試料の表面では、非照射面と照射面との間に４００ｎｍ程度の段差ができ、照射面のほうが低くなっている。照射量を３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２（図１（ｂ））、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２（図１（ｃ））、３×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２（図１（ｄ））と増やしていくと、非照射面と照射面との間の段差が大きくなるとともに、未照射層と照射層との境界に谷のような亀裂が成長していく様子が観察される。なお、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上の照射量では亀裂が大きすぎて、ＡＦＭで亀裂の深さを測定することはできない。
【００２６】
以上において説明したように、照射面と非照射面の近傍においては、照射面が後退して非照射面との間に段差ができているのが観察された。
【００２７】
そして、照射層と未照射層との境界には谷のような窪みができ、イオンの照射量の増加とともに深くなっている。
【００２８】
こうした照射面の後退の原因としては、スパッタリングと収縮とが考えられるが、イオンの照射エネルギーが１５０ｋｅＶと大きいために、スパッタリングの可能性は小さいものと思われる。
【００２９】
この点を次の実験で確認した。即ち、試料に対してＨｅ＋イオン、Ｎｅ＋イオン、Ａｒ＋イオンおよびＫｒ＋イオンの照射を行い（照射エネルギーは１５０ｋｅＶ、照射量は１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とし、Ｈｅ＋イオン、Ｎｅ＋イオン、Ａｒ＋イオンおよびＫｒ＋イオンで全て同じ条件とした。）、照射面と非照射面との段差を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。なお、この観察においては、試料を４５度傾けて照射層と非照射層との境界を観察した。
【００３０】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はその観察結果を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図２（ａ）はＨｅ＋イオンを照射した試料を示し、図２（ｂ）はＮｅ＋イオンを照射した試料を示し、図２（ｃ）はＡｒ＋イオンを照射した試料を示し、図２（ｄ）はＫｒ＋イオンを照射した試料を示している。
【００３１】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）から、照射面と非照射面との段差は、イオンの原子番号が大きくなるとともに小さくなっていることが観察される。
【００３２】
ここで、照射面と非照射面との段差が、スパッタリングによる照射面の後退により生じたものとするならば、スパッタリングの効果は原子番号とともに大きくなるはずであるが、実際の実験の結果はこれと逆であった。
【００３３】
即ち、照射層の収縮による表面の後退は、イオン照射によって表面原子がイオン化し、２次イオンとして放出された可能性も考えられるものであるが、この表面原子のイオン化と放出の効果は、入射イオンの質量が大きい場合に顕著であるところ、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す観察結果は表面原子のイオン化と放出によるとした場合と矛盾する。
【００３４】
従って、照射面の後退は表面原子のスパッタリングによるものではなく、照射層全体において化学結合が切断され原子が失われるとともに、切断された箇所が再結合するために収縮したためと考えられる。また、照射層と非照射層との境界にできた谷は収縮による亀裂と考えられる。
【００３５】
次に、イオン照射による照射層の収縮でできた非照射面と照射面との段差を測定するとともに、イオン照射による照射層の厚さを測定した。なお、ポリ乳酸の試料では照射層の後退の距離が大きいために当該段差を原子間力顕微鏡では測定できなかったので、段差計により当該段差の測定を行った。照射層の厚さは段差計とＳＡＩＣＡＳ法の２つの手法で測定した。
【００３６】
まず、段差計による測定について説明すると、イオン照射ポリ乳酸を生理食塩水に漬けておくと、照射層が剥離する。このようにして照射層を剥離させる前の試料と剥離させた後の試料とについて段差を測定する。この測定による差分、即ち、剥離前の照射表面と剥離して残った面との差を照射層の厚さとみなすことができる。
【００３７】
図３には、段差計を用いて上記した手法により測定された、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の照射層の剥離の前後の段差の測定結果が示されている。
【００３８】
また、図４に示す表の「照射層の厚さ［μｍ］」の欄の「段差計」の項には、照射エネルギー１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量（Ｈｅ＋イオンを照射量については、図４に示す表の「ｄｏｓｅ[ｉｏｎｓ／ｃｍ２]」の欄に示されている。）を変えて照射した試料について、上記した測定により得られた照射層の厚さが示されている。
【００３９】
次に、ＳＡＩＣＡＳ法により照射層の厚さを測定した。上記したように、ＳＡＩＣＡＳ法は、試料の切削深さを機械的に制御しながら、例えば、最小５ｎｍの精度で試料を切削し、その切削の際の抗力の大きさを測定する方法である。
【００４０】
イオン照射によって化学結合が切断されると切削が容易になるため抗力が小さくなり、照射層と未照射層とでは抗力の違いが生じる。つまり、イオンが照射されていないイオン未照射の試料においては、切削ブレードと試料との接触面積の増加とともに抗力の大きさは単調に増加することになるが、イオンを照射された試料においては、照射層とみなされる表面近傍の深さでは抗力は小さく、未照射層に切削ブレードが達するとともに抗力の単調な増加が始まる。
【００４１】
この抗力の違いが生じる切削位置が、照射層と未照射層との境界の位置、即ち、照射層の厚さとなる。
【００４２】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）には、ＳＡＩＣＡＳ法による測定結果が示されており、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のそれぞれのグラフにおける複数の曲線は、複数回の測定を示している。なお、図５（ａ）はイオンを照射していない試料の測定結果を示し、図５（ｂ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示し、図５（ｃ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示し、図５（ｃ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示している。
【００４３】
また、図４に示す表の「照射層の厚さ［μｍ］」の欄の「ＳＡＩＣＳ」の項には、図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）からそれぞれ得られた照射層の厚さが示されている。
【００４４】
（３）低速陽電子ビームによるドップラー幅拡がり測定
試料に低速陽電子ビームを入射するにあたり、エネルギーを最大３０ｋｅＶまで変化させて陽電子の試料への入射距離を変えるようにして、試料への低速陽電子ビームの入射に伴い放射される消滅γ線の運動量分布を測定した。
【００４５】
即ち、試料として用いたポリ乳酸中では、陽電子は電子と対消滅するとともに、少なくとも２０％程度の陽電子は電子とポジトロニウムを生成してから自己消滅する。どちらの場合でも、２光子消滅γ線のエネルギーは電子陽電子対の静止質量エネルギーの半分、即ち、５１１ｋｅＶとなるが、消滅する電子陽電子対が運動量を持ち、運動量が保存するために、消滅γ線をＧｅ検出器で測定するとドップラーシフトが観測される。
【００４６】
ここで、電子陽電子対消滅するときの陽電子のエネルギーは周囲の物質の熱エネルギー程度と小さい。このため、陽電子の対消滅γ線の運動量分布は、消滅相手の電子の運動量分布とみなすことができる。
【００４７】
従って、陽電子消滅ドップラー幅拡がり測定を行うと、消滅γ線のピークには電子の運動量を示すドップラーシフトによる幅の拡がりが観測される。
【００４８】
未照射層と照射層とで化学的組成に変化が生じたり、ポジトロニウムの生成と消滅とに変化が生じると、消滅γ線の運動量分布にしたがってドップラー幅の拡がりに変化が起きる。通常、この変化はＳパラメータという量で評価されている。
【００４９】
なお、Ｓパラメータとは、Ｇｅ検出器で測定したエネルギースペクトルの消滅γ線ピーク（５１１ｋｅＶ）の強度に対する中心付近の強度の割合である。以下、図６を参照しながら、Ｓパラメータについて詳細に説明する。
【００５０】
即ち、陽電子消滅ドップラー幅拡がり測定では運動量分解能がよくないので、データの解析にはシェープパラメータを用いる。シェープパラメータの値から、試料中における陽電子の状態あるいは試料の物性に関する情報を得ている。そのシェープパラメータとしてよく利用されるのが、Ｓパラメータである。
【００５１】
Ｓパラメータは、全計測数に対するピーク中心付近の計測数の割合である。試料中に空孔が存在すると、陽電子は空孔に捕獲されてから対消滅する。このとき対消滅相手の電子は外殻電子の確率が大きくなり、内殻電子と消滅する場合よりもドップラー幅の拡がりは狭くなる。従って、Ｓパラメータの値は大きくなる。また、異なる元素の原子の電子と消滅する場合にも、それぞれの電子の運動量分布が異なるために、Ｓパラメータの値は変化する。
【００５２】
このため、Ｓパラメータの変化を調べることによって、物性に関する情報を得ることができる。
【００５３】
図７は、６種類の試料、即ち、イオンを照射していない試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射してから８日経過後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射してから７日経過後の試料について、上記した低速陽電子ビームの測定結果をＳパラメータで表したものである。
【００５４】
即ち、図７には、低速陽電子ビームによるドップラー幅拡がり測定の結果が示されており、照射エネルギー１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンの照射量を変えた試料に低速陽電子ビームを入射してドップラー幅拡がり測定を行った測定結果を、Ｓパラメータで解析して示してある。
【００５５】
図７のグラフにおいて、横軸は陽電子の入射エネルギーであり、エネルギーが大きくなるほど陽電子の試料への侵入距離は大きくなる。イオンを未照射の試料では陽電子の入射エネルギーを変えてもＳパラメータの値はほとんど変化しないが、イオンを照射した試料では、表面近傍のＳパラメータの値は未照射試料の値より減少し、陽電子の入射エネルギーが増加して陽電子が未照射層に達するようになるとＳパラメータの値が増加して、やがて未照射試料のＳパラメータの値に回復する。未照射試料のＳパラメータの値に回復する陽電子ビームエネルギーは、イオン照射量の増加とともに大きくなっている。即ち、イオン照射量とともに照射層の厚さが増加している。
【００５６】
また、イオンを照射した試料を大気中に置いた場合には、Ｓパラメータの減少が大きくなり、経時変化が確認された。
【００５７】
即ち、イオンを未照射の試料のＳパラメータの値は、陽電子の入射エネルギーに関らず、ほぼ一定である。
【００５８】
これに対しＨｅ＋イオン（１５０ｋｅＶ、〜０．０５μＡ）照射した試料では、Ｓパラメータの値は照射量とともに変化する。１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２、１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２を照射した場合にはＳパラメータの値は表面近くで小さくなっており、入射エネルギーが大きくなるとともに増加し、ついにはイオン未照射の試料の値と一致する。
【００５９】
また、照射量が１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２ではピークは認められないが、やはりＳパラメータの値は表面近くでは小さく、陽電子入射エネルギーとともに増加してイオン未照射の試料のＳパラメータの値と一致する。
【００６０】
低速陽電子ビームで測定した試料を、いったん大気中に１週間置いてから測定した場合、Ｓパラメータの値は照射層でさらに小さくなり経時変化を示す。
【００６１】
ここで、照射層と未照射層との境界に達する陽電子のエネルギーは、次のようにして求めた。
【００６２】
イオン照射によって小さくなったＳパラメータの値が、入射エネルギーの増加とともに大きくなり、未照射層のＳパラメータの値にほぼ等しくなるエネルギーで陽電子は照射層と未照射層の境界に達するものとした。こうして求めた結果を、図４に示す表の「陽電子エネルギー［ｋｅＶ］」の欄に記載した。
【００６３】
そこで、上記のようにして求めた照射層の厚さならびに照射層を通過するための陽電子のエネルギーを用いて、上記した経験式である式（１）から照射層の平均密度を算出した。
【００６４】
即ち、式（１）は、
ρ＝ＡＥｐｎ／ｚ（Ｅｐ）    ・・・  式（１）
ρ：物質の密度［ｇ／ｃｍ３］
Ｅｐ：陽電子の入射エネルギー［ｋｅＶ］
ｚ（Ｅｐ）：入射エネルギーＥｐの陽電子の物質への平均侵入距離［μｍ］
係数Ａは物質依存性を示すがほぼ０．０４である
指数ｎは物質依存性を示すがｎ＝１．６程度である
であるから、ｚ（Ｅｐ）に照射層の厚さを代入するとともにＥｐに照射層の通過に必要な陽電子のエネルギーを代入することにより算出されるρが、照射層の平均密度となる。
【００６５】
この式（１）を用いて算出された密度が、図４に示す表の「密度［ｇ／ｃｍ３］」の欄にそれぞれ示されている。
【００６６】
また、図８に示すように、放射線の非照射面と放射線の照射面との段差をＤ、放射線の照射層１２の厚さをＴ、放射線の照射層１２の密度をｄとすると、放射線の照射によって単位面積の照射層１２から失われる質量の割合Ｄ’は、
Ｄ’＝１−Ｔｄ／｛（Ｄ＋Ｔ）×未照射試料の密度｝    ・・・  式（２）
により求めることができる。
【００６７】
この式（２）において、上記において得られた非照射面と照射面との段差をＤに代入し、上記において得られた照射層の厚さをＴに代入し、上記において得られた密度をｄに代入し、イオンを照射されていない未照射のポリ乳酸の密度１．２７ｇ／ｃｍ３を未照射試料の密度として代入して演算することにより、イオンの照射によってポリ乳酸の試料の照射層から失われる質量、即ち、損失の割合を求めることができる。
【００６８】
ここで、図８を参照しながら、照射エネルギー１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射したポリ乳酸の測定結果をまとめると、イオンの照射によって照射層１２が収縮するために照射層１２の表面は１．６μｍ後退し、照射層１２の厚さはおよそ１．１μｍとなる。また。未照射層１０の密度は１．２７ｇ／ｃｍ３であるが、照射層１２の密度は０．７ｇ／ｃｍ３となって、照射層１２の密度は未照射層１０の密度よりも小さくなる。
【００６９】
この結果から、イオン照射の影響を受けた試料の厚さ２．７μｍの質量のおよそ３／４が失われたと見積もることができる。
【００７０】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができるものである。
【００７１】
（１）上記した実施の形態においては、照射層の厚さを測定する手法として、段差計を用いる手法とＳＡＩＣＡＳ法とを示したが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、上記した手法の他に、例えば、照射面をエポキシ樹脂等で固定して切断面を走査型電子顕微鏡で観察する手法や、試料に探針を刺してそのときの抗力の変化から照射層の厚さを測定する手法などを適宜に用いることができる。
【００７２】
（２）上記した実施の形態においては、放射線が照射される物質がポリ乳酸である場合を示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、放射線が照射される物質は種々のポリマーや金属などの任意の物質でよい。
【００７３】
（３）上記した実施の形態においては、物質に照射される放射線はＨｅ＋イオンであるが、これに限られるものではないことは勿論であり、物質に照射される放射線は種々のイオンや電子あるいは光などの任意の放射線でよい。
【００７４】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、機能性新素材開発のためのイオン照射、電線子照射あるいは光照射などによる物質の表面改質の評価法として利用することができるものである。
【００７６】
また、本発明は、塗装膜や表面処理膜の太陽光照射による変質評価に利用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量を変えて照射した試料の表面における照射面と非照射面との境界近傍を原子間力顕微鏡で観察した観察結果を示すグラフであり、（ａ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、（ｂ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、（ｃ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示し、（ｄ）は照射エネルギーが１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量３×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した試料について示す。
【図２】試料に対してＨｅ＋イオン、Ｎｅ＋イオン、Ａｒ＋イオンおよびＫｒ＋イオンの照射を行い（照射エネルギーは１５０ｋｅＶ、照射量は１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とし、Ｈｅ＋イオン、Ｎｅ＋イオン、Ａｒ＋イオンおよびＫｒ＋イオンで全て同じ条件とした。）、試料を４５度傾けて照射面と非照射面との境界の段差を走査型電子顕微鏡で観察した観察結果を示す走査型電子顕微鏡写真であり、（ａ）はＨｅ＋イオンを照射した試料を示し、（ｂ）はＮｅ＋イオンを照射した試料を示し、（ｃ）はＡｒ＋イオンを照射した試料を示し、（ｄ）はＫｒ＋イオンを照射した試料を示す。
【図３】Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の照射層の剥離の前後における段差を段差計で測定した測定結果を示すグラフである。
【図４】実験結果をまとめた図表である。
【図５】ＳＡＩＣＡＳ法による測定結果を示すグラフであり、それぞれのグラフにおける複数の曲線は複数回の測定を示すものであるが、（ａ）はイオンを照射していない試料の測定結果を示し、（ｂ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示し、（ｃ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示し、（ｃ）はＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射された試料の測定結果を示している。
【図６】Ｓパラメータを説明するためのグラフである。
【図７】イオンを照射していない試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射してから８日経過後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料、Ｈｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量３×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射した直後の試料およびＨｅ＋イオンを照射エネルギー１５０ｋｅＶ、照射量１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射してから７日経過後の試料についての測定結果をＳパラメータで表したものである。
【図８】照射エネルギー１５０ｋｅＶのＨｅ＋イオンを照射量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２で照射したポリ乳酸の測定結果をまとめた説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０          未照射層
１２          照射層
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図８】
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