質量分析可能な走査型プローブ顕微鏡の開発と薄膜形態変化のIn-situ観察

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750075
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 岩田 太 静岡大学, 工学部, 助手 (30262794)
• Keywords: STM / AFM / QCM / 薄膜 / 電気化学

Research Abstract

極細な探針を用いて高分解能で物質の表面性状を観察できる走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscopy:SPM)は,特に半導体や電気化学分野において薄膜成長過程のその場観察に有効である。しかしながらSPM観察像は主に表面形態のみであり,しかも薄膜表面全体における局所的情報である.このため,SPM装置と他の測定法との複合的観測手段が望まれている.
本研究では薄膜の質量変化を高感度で測定できる水晶マイクロバランス法(Quartz Crystal Microbalance:QCM法)とSPM装置を組み合わせ,薄膜成長中の表面形状変化の過程とその時の薄膜の質量変化過程を同時測定できるシステムを開発した.この装置は原理的にガス中や溶液中でも動作可能である。
1. ガス雰囲気中における測定
走査型トンネル顕微鏡(STM)とQCM法を組み合わせた装置を開発し,Ag蒸着薄膜表面上でのガス吸着過程を表面形状と吸着現象による薄膜質量変化のその場測定を可能にした。
2. 電界溶液中の電析過程
溶液中で動作する原子間力顕微鏡(AFM)とQCM法を組み合わせた装置を開発し,溶液中におけるPt蒸着薄膜上のAg電析過程を観察した.ポテンショスタットからの電気量信号とQCM測定による質量変化測定から吸着物の質量分析ができ,またAFMによる表面形状測定から電析過程の様子が観察できた。
3. 薄膜超微細加工への応用
水晶振動子とAFMを組み合わせた同装置を用いて薄膜の超音波超微細加工へ応用した。ポリマーや金属薄膜における優れたナノスケール超音波切除加工法を確立した。

Research Products

• [Publications] F.Iwata: "Scanning tunneling microscopy combined quartz crystal microbalance for study of NH3 adsorption on Ag thin film" Thin Solid Films. Vol.299. 78-81 (1997)
• [Publications] F.Iwata: "Ultrasonic micromachining on Al thin film using atomic force microscopy combined quartz crystal resonator" Thin Solid Films. Vol.302. 122-126 (1997)
• [Publications] F.Iwata: "Nanometer-scale layer removal of aluminum and polystyrene surfaces by ultrasonic scratching" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36. 3834-3838 (1997)
• [Publications] F.Iwata,K.Saruta: "In-situ atomic force microscopy combined quartz crystal microbalance study of Ag electrodeposition on Pt thin film" Appl.Phsy.A. Vol.66. 463 (1998)