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JAEA-Review 2010-065
Secondary Electron Emission from Carbon Induced by
MeV/atom Carbon Cluster Bombardment
T. Kaneko
Department of Applied Physics, Faculty of Science,
Okayama University of Science
Sub-linear dependence of the secondary electron yield ( n)
under the MeV/atom carbon cluster n C impact on the
atom number (n) was theoretically investigated. In addition to the conventional three-step model, we newly included the
electron disturbance in the electron transportation. The calculated result shows the relation of ( n) / (1) 1 a( n 1)
and a 1 . This sub-linear dependence is in good agreement with the existing experimental data.
クラスターイオンを入射粒子とした種々の照射効果
の研究が盛んである。この理由は、クラスターイオン
を用いることで、クラスター構成粒子数とクラスター
の空間構造という新たなビームパラメーターが加わっ
たことによって、新たな知見が期待できるからである。
最近、1 原子当たりに MeV 程度のエネルギーをもつ高
速クラスターイオンを固体に照射して、100 eV 程度以
下の低エネルギーの 2 次電子が放出される現象の研究
が盛んである。陽子などの軽イオン入射では、この二
次電子の収率はイオンの電子的阻止能に比例すること
が知られているが、クラスターイオン入射では、この
関係が成り立たない。また、クラスターイオン入射で
の二次電子収率は、クラスターの構成粒子数の増加に
対して線形よりも弱い依存性を示すことが報告され
た 1) 。この弱線形性は、入射クラスターの荷電状態と
クラスターの空間構造によるものではないか、との指
摘がなされた。この考えは、定性的一致を導いたもの
の、実験データを定量的に説明するには十分とはいえ
なかった 2) 。そこでわれわれは、(1) 入射粒子による標
的電子の励起、(2) 励起された電子の出口表面までの伝
播、(3) 励起電子の表面ポテンシャルの克服、という従
来の 3 段階モデルに加えて、励起された電子の伝播過
程で、それらが入射粒子によって邪魔されるのではな
いか、と考えて新たなモデルを構築した 3) 。
標的物質の電子系のモデルとして電子ガスモデルを
採用した。この系の励起モードには個別電子励起と集
団励起(プラズモン励起)が存在する。プラズモン励
起には有限の寿命を仮定した。これらの励起は動的誘
電関数によって記述される。一方、入射粒子であるク
ラスターイオンは、速度に依存した統計的電子分布を
もつ個別イオンの集まりとして記述した。初期の核間
距離はボーア半径の 2.4 倍、すなわち 0.127 nm に定
めた。計算結果を図に示す。Fig. 1 は、 Cn (n=1 - 4)
クラスターイオンが炭素標的に照射されたときの二次
電子収率 ( n)
を、同速の炭素イオン C 照射に対する
相対値で表わしたものである。図中で、正方形■と菱
型◆は、それぞれ、入射エネルギーが 0.15 MeV/atom と
0.50 MeV/atom のときである。これらを関数関係
( n) / (1) 1 a( n 1) と表わすと、前者では
a 0.25 、後者では a 0.39 となった。これらは明ら
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かに線形依存性よりも弱いことを示している。この結
果は、0.2 a 0.4 という実験データとよい一致を示
している。
γ(n) / γ(1)
2.5
2
1.5
1
0.5
γ(n) vs n
0 1 2 3 4 5
n of Cn
Fig. 1 Dependence of ( n)
/ (1) on the number of
particles for the incident energy of 0.15 MeV/atom (■)
and 0.50 MeV/atom (◆).
References
1) H. Kudo et al., Vacuum 84 (2010) 1014-1017.
2) T. Kaneko et al., J. Phys. Soc. Jpn. 75 (2006) 034717.
3) T. Kaneko et al., Fifth International Workshop on High
Resolution Depth Profiling (2009).