ナノメートルオーダの機械振動子の作製と、それを用いた質量と場の検出

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川勝 英樹 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30224728)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 星 泰雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80301133)
• Keywords: AFM / STM / ナノカンチレバー / 近接場 / 質量

Research Abstract

SOI(silicon on insulator)基板を用いてミクロンから100nm大の深針を有する振動子の作製が可能となった。いままではキノコ型の、弾性支持部が振動子の中央に配置されたものを作製していたが、今年度、探針の片側を板状の弾性部で支持した形態のものが作製可能となった。弾性支持部となる頸部のエッチングを1nm/s程度の速度で制御可能であることを実際に示した。その結果、厚さや直径にして10nm程度のものを安定に作製するための指針を得た。
走査型電子顕微鏡内で作動する、走査型力顕微鏡を作製し、振動子の弾性を確認した。その結果、酸化シリコンからなる頸部がしなやかに変形し、ものと姿勢に戻ることが確認された。この結果から、得られた振動子が実用的な強度を有し、直径10nmの頸部の場合、計算上50nNの力に耐えることが明らかにされた。
現在、ミクロン大のものに関して、回折限界まで絞ったレーザ光をもちいて、光てこ、もしくは散乱による振動子の振動検出を進めている。
作成されたナノ振動子の計算による諸定数は、0.1N/m〜100N/mのバネ定数、1MHzから1GHzの固有振動数であった。

Research Products

• [Publications] H. Kawakatsu et al.: "Fabrication techniques of Sillicon Based Nanomertric Oscillators for Scanning Force Microcopy Operating in the GHz Range"J. Vac. Sci. Technol.. March. (2000)
• [Publications] H. Kawakatsu et al.: "A silicon based nanometric oscillator for SFM operating in the 100 NHz range"Jpn. J. Appl. Phys. 38. 3962-3965 (1999)
• [Publications] H. Kawakatsu et al.: "Feasibility studies on a nanometric oscillator fabricated by surface diffusion for use as a force detector in SFM"Jpn. J. Appl. Phys. 38. 3954-3957 (1999)
• [Publications] H. Kawakatsu et al.: "Strength Measurement and Calculations on Silicon Based Nanometric Oscillators for Scanning Force Microcopy Operating up to the GHz Range"Applied surface science. March. (2000)
• [Publications] 川勝英樹: "走査型プローブ顕微鏡と関連のある可視化技術"電気学会E分冊. June. (2000)