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岛津合作研究:成功将硼的分析强度提高至少3倍

 东北大学多元物质科学研究所,***测试开发中心教授寺内正己以及助教羽多野忠、量子科学技术研究开发机构客座研究员小池雅人、株式会社岛津制作所、日本电子株式会社,对电镜联用软X射线发射光谱仪(SXES)※1进行了改良,成功将硼※2的分析强度提高至少3倍。众所周知,微量硼对钢铁材料和半导体器件的性能影响很大。为了提升电镜联用SXES的性能,上述四个机构(企业)开发了新型SXES并实施了验证试验。微量硼的分析有望为轻量且高强度钢板的生产和半导体器件的高效化研究开发做出贡献。

   此外,2018年8月8日,东北大学多元物质科学研究所,***测试开发中心在美国马里兰州巴尔的摩市召开的美国显微镜学会(Microscopy & Microanalysis 2018)上,发表了这项研究成果。  

【详细说明】

   东北大学多元物质科学研究所 ***测试开发中心教授寺内正己、量子科学技术研究开发机构客座研究员小池雅人、株式会社岛津制作所、日本电子株式会社,通过产官学协作,开发出电子显微镜用软X射线发射光谱仪(SXES)的发光分析系统,2013年日本电子株式会社实现该产品的产品化。自该设备上市以来,鉴于对提高硼(影响钢铁材料和半导体器件性能)分析强度的需求很高,因此共同进一步推进深化研究。

   为了进一步提高SXES的性能,量子科学技术研究开发机构客座研究员小池雅人进行了优化光谱分布※3和在关键部件衍射光栅上形成增反膜的设计,旨在提高硼的分析强度。基于这一设计,株式会社岛津制作所制作衍射光栅,东北大学多元物质科学研究所,***计测开发中心教授寺内正己以及助教羽多野忠,在衍射光栅表面完成了稀土元素的成膜。

   为了优化光谱分布,在经过改造的东北大学的原始SXES上组装了新的衍射光栅,并完成试制品,通过测试结果确认了硼的信号强度至少增强3倍。今后,该产品将搭载到日本电子株式会社发售的通用SXES,并开始实用测试。另外,理论上硼强度预计可以进一步提高,因此有望开发出一款SXES,可以检测钢铁材料和半导体材料中添加浓度在10ppm※4以下的硼并可观察其光谱分布。

   如果该设备实现通用化,可以期待通过钢板的轻量化和高强度化提高汽车的燃料经济性,以及通过半导体器件的高效率为实现节能型社会做出贡献,也有助于提高日本的工业实力。

【术语说明】

※1. SXES:Soft X-ray Emission Spectrometer
※2. 硼素:也称硼。已知硼是提高钢铁材料强度的重要元素,调整硼的添加量非常重要。另外,硅半导体器件通过添加局部硼来实现其功能,硼是极其重要的元素。在任何情况下,硼的添加量都是0.01%左右的微量,硼检测和分布的可视化是钢铁材料和半导体器件的高品质和高性能的关键。
※3. 光谱分布:构成分光器光源、衍射光栅、检测器的位置、角度等的设置条件
※4. ppm表示浓度的单位。10ppm表示0.001%。


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