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論文「問題解決は全身全魂で」（に改名）第2章

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2007年02月28日

[表面状態とは？]

アルミニュウムは酸化し易い金属ですから、表面には必ず酸化膜があります（空気や水中では）。この酸化膜がなければ、アルミニュウムと金とは容易に反応できる（接合できる）のですが、あると、接合の障害になることが十分考えられました。この酸化物は、接合温度の３００℃ぐらいでは融けないし、金とも反応しないからです。

アルミニュウムと酸素が反応すると、いろいろな種類の酸化物（化合物）を作る可能性があります。結晶になっているかもしれませんし、そうでないかもしれません。組成（アルミニュウムと酸素の割合）も違うかもしれません。また、アルミニュウムと酸素だけでなく、他の元素（例えば水素）も含まれているかもしれません。

このようないろいろな状態を化合状態と言うのです。私は、この化合状態が、アルミニュウムと金の接合し易さに影響を与えていると考えていました（前記の予備検討で）。

アルミニュウムでは、通常、酸化膜はとても薄くて（数ナノメートル；１ナノメートルは１メートルの１０億分の１の長さ）、化合状態の評価は容易ではありません。ところが、この評価ができるという、表面分析装置を、元わが社が作って、発売したところだったのです。

さらに、私にとって（元わが社にとっても）運が良いことに、工場で二台作り、一台を売ったところで、生産中止の決定がなされたのでした。これは。作ってもあまり売れないであろうという判断からでした。

それを聞いた私が工場と交渉して、結局、只で、４千万円もする装置が私のところへ来てしまいました。運搬費は、私がいた研究所の負担になりましたが。

この場合も、「まんずやってみれ！」の予備検討の一つとして、製品化の前に研究所で試作した装置で、この手法が役に立ちそうだという感触を私が得ていたから、このような行動ができたのでした。

このときから２０年以上もの長い間、この装置が私の研究を支えてくれ、私の、一見、ばらばらな研究をまとめられるようにしてくれたのでした。勿論、会社の問題の解決にも大いに役立ちました。

この手法は、Ｘ線光電子分光というものです。英語ですと、X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) または　Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) となります。やることは、Ｘ線を、真空中で、試料表面に照射して、出てくる電子のエネルギーを測定するということです。

この、アルミニュウムと金の接合の研究でも、Ｘ線光電子分光法が役に立ったのですが、私が思うようにではありませんでした。

まず、化合状態を求めるというところで大きな困難にぶつかってしまいました。アルミニュウムの表面に酸化物があるのは分かるのですが、同じものでも違う結果が出るというような問題が起きました。よく調べると、これは、アルミニュウムの酸化物のような絶縁体にＸ線を当てたとき、Ｘ線のエネルギーをもらった電子が外に飛び出すのに伴い、試料が帯電してしまうためでした。

役に立ったのは、この手法で非常に薄い酸化物の厚さに関する情報が得られるという結果でした。この、主に厚さに依存した指標は、金属のアルミニュウムと酸化したアルミニュウムの強度比で、この値により、アルミニュウム表面状態の影響を判定できることが分かりました。

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