多価イオン-有機薄膜衝突における発光収率に対する価数依存性
大谷研究室

竹野浩二

［背景］
背景］
６９＋
過去のの研究［を Silicon Detector に照射し過去研究［１］において Shenkel らは、らは、Au６９＋照射し、約１５０００個１５０００個の Electron-Hole Pair を発見した発見した。
した。この Electron-Hole Pairが生成される生成される過程過程においてにおいて、、SiliconDetectorは発光している
発光している可能性
される過程においてしている可能性がある可能性がある。
がある。
本研究ではこの
本研究ではこの生成過程
ではこの生成過程を生成過程を発光という発光という点という点から観測から観測しようとした観測しようとした。
しようとした。
［目的］
目的］
・ 多価イオン
多価イオン照射
イオン照射による照射による標的材料による標的材料からの標的材料からの発光からの発光の発光の観測
・ 発光強度に光強度に対する照射する照射イオン
照射イオンのイオンの価数依存性の価数依存性の調査［実験方法］
実験方法］
多価イオン
イオンを多価イオンを Target に照射した照射した。
した。多価イオン
多価イオンをイオンを固体表面に固体表面に照射すると照射すると二次電
すると二次電子が固体表面からChannel
固体表面から放出から放出された放出された。
された。その二次電子
その二次電子を二次電子を穴あきＭＣＰ（あきＭＣＰ（MicroＭＣＰ（）で観測することによりPlate）観測することにより照射することにより照射イオン
照射イオン数
イオン数をカウントしたカウントした。
した。

eTargetHCI

PMT-Photon

eDelay

MCA
GATE
図１：実験装置図PC

次に Target から出（Photmultiplier Tubes）、）、光電子増倍管から出た光子を光子を PMT（）、光電子増倍管を光電子増倍管を用いて検出いて検出した検出した。
した。光電子増倍管は光電子増倍管は光効果を光効果を利用して利用して光子して光子を光子を電気信号として電気信号として検出として検出することができる。
することができる。そして検出
そして検出された
検出された電気信号
された電気信号を電気信号をＭＣＡ、マルチチャンネルア
ＭＣＡ、マルチチャンネルア
ナライザーにナライザーに入力した入力した。
した。
そして先そして先ほど穴
ほど穴あきＭＣＰ
あきＭＣＰでＭＣＰで観測した
観測した二次電子
した二次電子を二次電子を電気信号にし電気信号にし、にし、その信号その信号に信号にdelay をかけ、ＭＣＡをかけ、ＭＣＡに、ＭＣＡに入力した入力した。
した。そしてその信号
そしてその信号を信号をＧＡＴＥとしてＧＡＴＥとして、として、光電子増倍管からの増倍管からの信号からの信号を信号をＭＣＡにＭＣＡに入力した入力した。
した。そうすることにより光電子増倍管
そうすることにより光電子増倍管から光電子増倍管からのアクシデンタルなアクシデンタルなシグナルをシグナルを回避した
回避したシグナル
シグナルをを観測した
観測した。
この観測したしたシグナルした。この観測観測したシしたシ
グナルはグナルはパルス波パルス波となっている。となっている。

検出方法として検出方法として単一光子係数法として単一光子係数法を単一光子係数法を用いた。
いた。この単一光子計数法
この単一光子計数法とは単一光子計数法とは光子を光子を光電子増倍管に光電子増倍管に一つだけ入つだけ入れ、検出する検出する測定法する測定法である測定法である。
である。そこで放出される放出される光子一される光子一つだけを光子一つだけを、つだけを、光電子増倍管に電子増倍管に入れるような距離れるような距離に距離に立体角を立体角を調整した調整した。
。
した［照射条件］
照射条件］
以下のようなのような条件
以下のような条件の条件の下、実験を実験を行った。
った。
◎Ion Beam
イオン源
イオン源：Tokyo-EBIT
照射イオン）
照射イオン：
イオン：I30+～I52+（H-like ion）
照射イオンエネルギー
５keV
照射イオンエネルギー：ｑ
イオンエネルギー：ｑ×：ｑ×３.５
イオンビーム強度
イオンビーム強度：＜強度：＜１００００：＜１００００ｃｐｓ
１００００ｃｐｓ

Target

一つだけ！

PMTphoton

図２：単一光子計数法の単一光子計数法の概略図◎Sample・Bis-MSB on ITO（
（IndiumTinOxide））（Bis-MSB の膜厚≒
膜厚≒５０nm）
５０ ）・ITO（C24H22）
Bis-MSB（CH３CH３CH＝CH
CH＝CH
ITO 酸化インヂウムスズ
酸化インヂウムスズというインヂウムスズという透明という透明な透明な基盤の基盤の上に有機色素である有機色素である Bis-MSB を膜厚５０で真空蒸着させた膜厚５０nm５０真空蒸着させた。
させた。
ここで多価
ここで多価イオン多価イオンをイオンを ITO 基板上の基板上の BISMSB に照射し照射し、発光が発光が観測されたとし観測されたとしても ITO 基盤が基盤が発行している発行している可能性している可能性がある可能性がある。
がある。そこで ITO 基板上の基板上の Bis-MSB とITO 基盤のみという基盤のみという、のみという、二つの Target についてについて実験を実験を行った。
った。

［実験結果］
実験結果］
これは ITO 基板上の基板上の BISMSB と ITO 基盤のみに基盤のみに５２のみに５２価５２価のヨウ素ヨウ素イオンをイオンを照射したときのデータしたときのデータであるデータである。
である。
0.000070.00006

Intensity

0.00005
0.00004
0.000030.000020.00001
00500

1000

1500

2000

Channel Number

図３：多価イオン
多価イオン照射
イオン照射における照射におけるパにおけるパルス波高分布
ルス波高分布（波高分布（I５２+）
横軸：
横軸：CN は光電子増倍管からの光電子増倍管からの電気信号からの電気信号つまり電気信号つまりパルスハイトつまりパルスハイトにパルスハイトに対応していて対応していてPH が高いほど CN の値も大きくなる。
きくなる。
縦軸：
縦軸：I は多価イオン
多価イオン一個一個をを照射した際何回カウントしたかをイオン一個 照射したした際ある CN を何回カウントカウントしたかを表したかを表している。ている。
次に CN１００
１００以下
１００以下についてですが以下についてですが CN100 以下は以下はノイズとしてノイズとして考として考えデータ分析
データ分析を行った。
った。
このグラフ
このグラフをグラフを見ると ITO 基板上の基板上の Bis-MSB に照射したほうが照射したほうが全体的したほうが全体的に全体的にインテンシティが、標的材料からのンシティが大きい。
きい。このことから Bis-MSB、標的材料からの発光からの発光を発光を観測したと観測したと考えることができる。
えることができる。
これらの差
これらの差を Bis-MSB からの発行からの発行とし発行とし、とし、それぞれの価数それぞれの価数において価数において 101 から CNで積分したものを積分したものをヨウしたものをヨウ素ヨウ素イオンのイオンの発光収量とし発光収量とし次とし次に示す。

0.03

Relative Yield

0.025
0.020.015
0.010.005
030354045
Incident Charged Ion50

図４：Bis-MSB の光子放出量の光子放出量の価数依存性グラフをグラフを見ての通ての通り価数が価数が増えると発行収量えると発行収量も増加する。
発行収量も増加する
する。
しかし直線的
しかし直線的ではなく直線的ではなく４３ではなく４３価４３価と４４価４４価の間でその傾でその傾きは大きは大きく変きく変わっている。
わっている。
４３価
４３価のヨウ素ヨウ素イオンのイオンの電子殻構造は電子殻構造は Neon-Like の閉殻構造である閉殻構造である。
である。この安定
この安定した構造
した構造からから電子電子をを一つとった４４つとった
４４価
価のヨウ素
ヨウ素
イオンのイオンのポテンシャルエネルギ
構造から電子４４ーは４３価４３価よりかなり大よりかなり大きくなる。
きくなる。これが原因
これが原因で原因でグラフのグラフの傾きが大きが大きく変きく変わっているのだと考ているのだと考えられる。
えられる。つまり発光収量
つまり発光収量は発光収量は照射イオン
照射イオンのイオンのポテンシャルエネル
ギーにギーに起因すると起因すると考すると考えることができる。
えることができる。

［まとめ］
まとめ］
◎多価イオン
多価イオン照射
イオン照射による照射による標的材料による標的材料からの標的材料からの発光からの発光を発光を観測◎イオンのイオンの価数の価数の増加に増加に伴い発光収率の発光収率の増大◎照射イオン
照射イオンのイオンの電子殻構造に電子殻構造に起因する起因する価数依存性
する価数依存性の価数依存性の確認[１１]Ｔ．
Ｔ．Schenkel
Ｔ．

et，Phys．
．Rev．
．Lett.８３
８３，８３，４２７３（４２７３（１９９９）
１９９９）