結晶格子を用いた実時間2次元ナノベクトルエンコーダの開発とアトムクラフトへの展開

• Project/Area Number: 09750137
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 機械工作・生産工学
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 明田川 正人 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (10231854)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 1998: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000); Fiscal Year 1997: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 走査型トンネル顕微鏡 / 結晶格子 / サブナノメートル / 超精密位置決め / 2次元変位 / ロックインアンプ / 走査型トンネル顕微鏡(STM) / ナノメートル / ロメクインアンプ

Research Abstract

無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔をスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダ分解能の2次元変位計が製作可能であ.本研究では,実時間でサブナノメートル分解能の2次元変位・長さを検出し,かつXYステージを制御するシステムを実時間2次元ベクトル変位エンコーダと定義しこの開発を目的とする.本年度は以下の成果を得た.
(1) STM探針の原子配列に沿った往復運動制御
STM探針に高速ディザー変調を加えて,変調信号とトンネル電流をロックイン同期検波をすることで結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基にSTM探針を特定の原子配列に沿ってトラッキングしながら動かす実験を行った.広範囲で原子分解能を保持する精密XYステージ駆動法を開発し,特定の原子配列に沿って最大100nmの往復運動させることに成功した.
(2) 2次元位置決め実験
(1) の方法を拡張し,およそ5nmの範囲で,STM探針をいろいろな原子配列に沿って動かし,2次元的な位置決め実験を行った.
以上より,実時間2次元ベクトル変位エンコーダの開発可能性を確認した.

Research Products

• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Direct length comparison between regular crystalline lattice and SEM standard grating using dual tunneling unit STM" International Journal of Machine Tools and Manufacture. 38・5-6. 677-683 (1998)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Length measurement using regular crystalline lattice and a dual tunneling unit scanning tunneling microscope in a thermo-stabilized cell" Measurement Science and Technology. 9・7. 1076-1081 (1998)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Long atomic imaging over a 5-μm-long region using ultra-low thermally drifted dual-tunneling-unit scanning tunneling microscope in a thermo-stabilized cell" Review of Scientific Instruments. 70・1. 133-136 (1999)
• [Publications] 明田川正人 他: "結晶格子を基準とする微小長さ測定(第3報)-熱ドリフト誤差の抑制と測定範囲の数μmレベルへの拡大-" 精密工学会誌. 65・1. 121-125 (1999)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Tracking and stepping control of the tip position of a scanning tunneling microscope by referring to atomic points and arrays on a regular crystalline surface" Review of Scientific Instruments. 70・4未定. (1999)
• [Publications] 明田川正人 他: "結晶格子を基準とする微小長さ測定(第1報)-2次元FFTによるSTM画像のゆがみ成分の抽出とその補正-" 精密工学会誌. 63・1. 108-113 (1997)
• [Publications] 明田川正人 他: "結晶格子を基準とする微小長さ測定(第2報)-逆格子ベクトルを用いた自動格子計数法-" 精密工学会誌. 63・8. 1091-1095 (1997)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "One micrometer range comparative length measurement using regular crystalline lattice and dual tunneling unit STM" Journal of Vacuum Science & Technology. B15・3. 574-578 (1997)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Direct length comparison between regular crystalline lattice and SEM standard grating using dual tunneling unit STM" International Journal of Machine Tools & Manufacture. 38 (号未定). (1998)
• [Publications] Masato Aketagawa et al.: "Length Measurement using regular crystalline lattice and a dual tunneling unit scanning tunneling microscope in a thermo-stabilized Cell" Measurement Science & Technology. 9・6 (未定). (1998)