非接触モード走査型原子間力/トンネル顕微鏡の試作研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555005
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森田 清三 大阪大学, 工学部, 教授 (50091757)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 原子間力 / トンネル顕微鏡 / トンネル電流 / 清浄表面 / 原子分解能 / 半導体表面 / AFM / STM

Research Abstract

1)深針に働く力勾配の超高感度検出の実現
原子間力顕微鏡の測定領域は、走査型トンネル顕微鏡の測定領域よりも試料表面に近い。したがって、原子間力とトンネル電流を同時測定するためには、原子間力の測定領域を表面から遠ざけねばならず、より微弱な力勾配の変化を検出する必要がある。そこで、現有の光干渉計(変位検出感度0.2Å)で使用している光源をノイズ成分の極めて少ない光源に変更し、超高感度な光干渉計(変位検出感度0.05Å)を実現した。また、深針の機械的共振周波数のシフトを検出する現有の周波数変調回路(検出感度0.1Hz)を改良し、超高感度(検出感度0.01Hz)な周波数検出を実現した。
2)導電性深針の清浄化装置の付加
力を検出する原子間力顕微鏡の深針は、導電性のシリコンでできているが、その表面は絶縁体の自然酸化膜に覆われている。したがって、この深針を用いてトンネル電流を検出するためには、深針先端の薄い酸化膜を除去するか、深針表面を金属などの導電性膜でコートする必要がある。金属膜のコートは、深針の先鋭度を劣化させてしまう。そこで、現有の超高真空装置にイオン銃を付加し、深針先端の薄い酸化膜を除去できるようにした。
3)導電性深針の先鋭度評価装置の付加
引力は、トンネル電流に比べて非常に距離依存生が弱い。そのため、引力を用いて原子分解能を実現するためには、原子レベルで先鋭で清浄な深針を使用することが必要不可欠である。そこで、電解イオン顕微鏡を付加した。

Research Products

• [Publications] Y.Sugawara et al.: "“True atomic resolution imaging with noncontact atomic force microscopy"" Appl.Sur.Sci.Vol.113/114. 364-370 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.,: "Measurement of the Evanescent Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscope″" Opt.Rev.Vol.4,No.1B. 232-235 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "“Charge Dissipation on Chemically Treated Thin Silicon Oxide in Air″" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36,No.6A. 3755-3758 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "“Development of ultrahigt vacuum atomic force microscopy with frequency modulation detection and its aplication to electrostatic force measurement″" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1543-1546 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.: "“Detection mechanism of optical evanescent field using a noncontact mode Atomic force microscope with a frequency modulation detectionmethod"" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1512-1515 (1997)
• [Publications] N.Sasaki et al.: "“Analysis of frictional-force image patterns of a graphite surface"" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1479-1482 (1997)
• [Publications] J.Ohgami et al.: "“Growth of Two-Dimensional Nucleus on a Cleaved(010)Surface of (NH_2CH_2COOH)_3・H_2SO_4″" J.Phys.Soc.Jpn.Vol.66,No.9. 2747-2750 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "“Role of a covalent bonding interaction in noncontact-mode atomic-force microscopy"" Phys.Rev.B. Vol.56,No.16. 9834-9840 (1997)
• [Publications] R.Nishi et al.: "“Simulated Computed Tomography for Reconstruction of Vacancies from Atomic Force Microscope Image"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36,No.10B. L1410-L1412 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.: "“Force Imaging of Optical Near-Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscopy"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37,No.2A. L167-L169 (1998)
• [Publications] H.Ueyama et al.: "“Stable operation mode for dynamic noncontact atomic force microscopy"" Appl.Phys.A.Vol.66(in press). (1998)