原子サイズの機械加工とその可視化による加工機構の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555216
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 木塚 徳志 名古屋大学, 難処理人工物研究センター, 講師 (10234303)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 信夫 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40126876)
• Keywords: その場電子顕微鏡 / 電子顕微鏡 / 原子直視型観察 / 高分解能観察 / 接合 / 変形 / 金 / 界面

Research Abstract

本研究は微細化を極限まで進め、原子サイズの機械加工技術と加工機構の解析法を開発し、今後さらに微細構造化するであろう材料工学と機械工学の基礎を構築しようとするものである。
本年度は以下に述べる機械加工試料ホルダーの設計・作製を行った。まず工具を操作するピエゾ素子の設計をした。電圧-体積膨張関係から、xyz各軸方向において工具の最小変位が0.01nm(原子間距離の1/10)、最大変位が10μmになるように、ピエゾ素子の組成・形状を決め、製作した。次に電圧の最小間隔は0.1mV、電圧変動が0.01mV以下になるようにピエゾ素子駆動用の電源を設計製作した。このピエゾ素子を通常の観察試料ホルダーにつけ、その先端に直径10μmのタングステン線をつけ、高分解能透過電子顕微鏡に入れた。ピエゾ素子に電圧を印可し、各軸方向の電圧-変位特性がどのようになるか原子サイズで調べた。当初の設計と照らし合わせて調整し、変位分解能を確認した。工具の粗動位置調整用のモーターをこのホルダーにつけ、原子レベルの振動がないか、または電磁レンズの磁場を乱すノイズが発生しないかなど、観察の空間分解能を劣化することがないかを調べた。これらの部品選択の後、機械加工ホルダーの外形を決め、部品を組み入れホルダーを製作した。製作された原子サイズ機械加工ホルダーは、十分な変位分解能と観察時の空間分解能をもつことが確認された。

Research Products

• [Publications] T. Kizuka et al.: "Cross sectional high-resolution transmission electron microscopy of atmic scale contact and non-contact type scanning on gold surfaces" Physical Review. B55. R7398-7401 (1997)
• [Publications] T. Kizuka et al.: "Atomic process of epitaxial growth of gold on magnesium oxide studied by cross-sectional time-resolved high-resolution electron microscopy" Physical Review. B56. R10079-R10082 (1997)
• [Publications] T. Kizuka et al.: "Atomic desorption process in nanometer scale electron beam processing of MgO in high-resolution transmission electron microscopy" Philosophical Magazine. 76. 289-298 (1997)
• [Publications] T. Kizuka et al.: "Atomistic visualization of epitaxial growth process using a new TEM specimen holder for vacuum-deposition" Surface Science. 386. 249-253 (1997)
• [Publications] T. Kizuka et al.: "Time-resolved high-resolution electron microscopy of solid state direct bonding of gold and zinc oxide nanocrystallites at ambient temperature" Applied Physics Letters. 70. 964-966 (1997)
• [Publications] T. Kizuka et al.: "Time-resolved high-resolution electron microscopy of atomic scale solid state direct bonding of gold tips" J. Electron Microscopy. 46. 151-160 (1997)
• [Publications] 木塚徳志他: "ミクロの世界・物質編" (社)日本電子顕微鏡学会, 408 (1997)