島津合作研究：成功將硼的分析強度提高至少3倍
東北大學多元物質(zhì)科學研究所，尖端測試開發(fā)中心教授寺內(nèi)正己以及助教羽多野忠、量子科學技術研究開發(fā)機構客座研究員小池雅人、株式會社島津制作所、日本電子株式會社，對電鏡聯(lián)用軟X射線發(fā)射光譜儀（SXES)※1進行了改良，成功將硼※2的分析強度提高至少3倍。眾所周知，微量硼對鋼鐵材料和半導體器件的性能影響很大。為了提升電鏡聯(lián)用SXES的性能，上述四個機構（企業(yè)）開發(fā)了新型SXES并實施了驗證試驗。微量硼的分析有望為輕量且高強度鋼板的生產(chǎn)和半導體器件的高效化研究開發(fā)做出貢獻。
此外，2018年8月8日，東北大學多元物質(zhì)科學研究所，尖端測試開發(fā)中心在美國馬里蘭州巴爾的摩市召開的美國顯微鏡學會(Microscopy & Microanalysis 2018)上，發(fā)表了這項研究成果。
【詳細說明】
東北大學多元物質(zhì)科學研究所 尖端測試開發(fā)中心教授寺內(nèi)正己、量子科學技術研究開發(fā)機構客座研究員小池雅人、株式會社島津制作所、日本電子株式會社，通過產(chǎn)官學協(xié)作，開發(fā)出電子顯微鏡用軟X射線發(fā)射光譜儀（SXES)的發(fā)光分析系統(tǒng)，2013年日本電子株式會社實現(xiàn)該產(chǎn)品的產(chǎn)品化。自該設備上市以來，鑒于對提高硼（影響鋼鐵材料和半導體器件性能）分析強度的需求很高，因此共同進一步推進深化研究。
為了進一步提高SXES的性能，量子科學技術研究開發(fā)機構客座研究員小池雅人進行了優(yōu)化光譜分布※3和在關鍵部件衍射光柵上形成增反膜的設計，旨在提高硼的分析強度。基于這一設計，株式會社島津制作所制作衍射光柵，東北大學多元物質(zhì)科學研究所，尖端計測開發(fā)中心教授寺內(nèi)正己以及助教羽多野忠，在衍射光柵表面完成了稀土元素的成膜。
為了優(yōu)化光譜分布，在經(jīng)過改造的東北大學的原始SXES上組裝了新的衍射光柵，并完成試制品，通過測試結果確認了硼的信號強度至少增強3倍。今后，該產(chǎn)品將搭載到日本電子株式會社發(fā)售的通用SXES，并開始實用測試。另外，理論上硼強度預計可以進一步提高，因此有望開發(fā)出一款SXES，可以檢測鋼鐵材料和半導體材料中添加濃度在10ppm※4以下的硼并可觀察其光譜分布。
如果該設備實現(xiàn)通用化，可以期待通過鋼板的輕量化和高強度化提高汽車的燃料經(jīng)濟性，以及通過半導體器件的高效率為實現(xiàn)節(jié)能型社會做出貢獻，也有助于提高日本的工業(yè)實力。
【術語說明】
※1. SXES：Soft X-ray Emission Spectrometer
※2. 硼素：也稱硼。已知硼是提高鋼鐵材料強度的重要元素，調(diào)整硼的添加量非常重要。另外，硅半導體器件通過添加局部硼來實現(xiàn)其功能，硼是極其重要的元素。在任何情況下，硼的添加量都是0.01%左右的微量，硼檢測和分布的可視化是鋼鐵材料和半導體器件的高品質(zhì)和高性能的關鍵。
※3. 光譜分布：構成分光器光源、衍射光柵、檢測器的位置、角度等的設置條件
※4. ppm表示濃度的單位。10ppm表示0.001%。
