尺取り虫型ツインプローブを用いたナノ領域電気特性測定装置の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450021
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 吉村 雅満 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40220743)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小嶋 薫 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 研究員 (30312119) ; 上田 一之 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029212)
• Keywords: トンネル顕微鏡 / 多探針 / 電気特性 / ナノチューブ / カンチレバー / 表面 / SEM / 慣性駆動

Research Abstract

前年度設計・作製したツインプローブ装置を市販SEM内に組み込みその特性を評価した。慣性駆動を用いたXYZステージは良好に作動し、その最小駆動距離は同時観察したSEMから見積もりサブミクロン以下であることがわかった。さらにそれぞれのピエゾに電圧を印加することによりナノメートルオーダーでの両探針の独立した位置制御が可能である。しかるに以下に述べるように両プローブをこの距離まで近接させるためには探針の工夫が必要となる。また本研究の特徴の一つであるSTM機能だが、それぞれのプローブを用いてトンネル電流にフィードバックをかけることによりSTM像を安定に観察することができた。このときSEM電子源からの電流の寄与はトンネル電流に比べて1桁小さくSEM観察しながらのSTM測定が可能であり探針の動きを実時間でモニターできる。一方電気伝導の測定であるが、試料として導電性のITO膜、カーボンファイバー等を用いて行った。前者の場合試料を短冊状にカットし長手方向に電流を流しながらツインプローブにて起電カを4端子法にて測定した。両プローブ間の距離に応じて超電力が測定されたが探針の接触状況のモニターなど測定方法に対する工夫が必要である。上記のように探針同志の干渉により両者をナノメートルオーダーに近接できない問題に対処するため、その形状から干渉が少ないと考えられる市販のAFM用のカンチレバーを改良して試用したが、施したコーティング材料の密着性が悪くコンタクトに問題を生じた。現在強靭な特性をもつナノチューブなどの利用も考慮に入れた干渉の少ない探針を設計製作している。

Research Products

• [Publications] M. Yoshimura: "Observation of Si(110) surfaces by high-temperature scanning tunneling microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. (in press).
• [Publications] T. An: "Surface structure of Si(110) "7x2"-Sn observed by scanning tunneling microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. (in press).
• [Publications] B. An: "Surface superstructure on fullerenes annealed at elevated temperatures"J. Appl. Phys.. (in press).
• [Publications] T. An: "Elemental structure in Si(110) "16x2" revealed by scanning tunneling microscopy"Phys. Rev. B. 61. 3006-3011 (2000)
• [Publications] M. Yoshimura: "Ni-induced surface reconstructions on Si(110) studied by scanning tunneling microscopy"Surf. Sci.. 433-435. 470-474 (1999)
• [Publications] 吉村 雅満: "走査型プローブ顕微鏡-基礎と未来予測 2.9各種プローブ作製、2.10多探針STM、3.3半導体材料の評価"森田清三編著:丸善株式会社. 16 (2000)