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

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305003
• 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, 助教授 (80301133)
• Keywords: afm / マルチプローブ / 質量検出 / カスペクトロスコピー

Research Abstract

1)数ミクロンからサブミクロンオーダの単結晶シリコンカンチレバーで、先端に探針を有するもののさらなる小型化に成功した.シリコンの結晶方位による異方性を用いてカンチレバーと探針を形成しているため、極めて精度の高い作製が可能となった.小さいものでは、長さ2ミクロン、固有振動数40MHz、Q値10000のものを実現した.他に、固有振動数10MHz、Q値18000のものも実現した.上記作製例では、前年度のものと比べてカンチレバーの支持方法を改善し、シリコン111面により定義される明確な支持を用いた.これにより支持部へのロスがへり、結果的に3倍程度のQ値を得ることが可能となった.
2)1.1GHzのキャリアを有するヘテロダインレーザドップラー振動計を実現した.その結果、100MHzまでの速度計測が可能となった.10MHz以上の帯域で、ノイズ等価振幅が10pm以下であることを確認した.
3)レーザドップラー振動計の出力を移相の後、カンチレバー励振用のピエゾ素子に帰還したところ、自励振動が生じた.周波数のゆらぎは5Hz程度で、理論限界よりも50倍程度大きかった.理論限界での質量分解能は10^<-21>乗に達する.計算上、固有振動数100MHz、Q値10000、振幅10nmのカンチレバーの質量分解能は10^<-23>gであり、原子レベルの質量変化が検出可能であるとことを計算上確認した.今後、低温超高真空化で同様の実験を行い、C60などの比較的質量のある分子をカンチレバーに蒸着して周波数変化の量子化を確認する.

Research Products

• [Publications] H.Kawakatsu, et al.: "Millions of cantilevers for atomic force microscopy"review of scientific instruments. march(accepted). (2002)
• [Publications] H.Kawakatsu, et al.: "A versatile scanning force microscope for a scanning electron microscope"review of scientific instruments. (accepted). (2002)
• [Publications] D.Saya, H.Kawakatsu, et al.: "Fabrication of Array of Single-Crystal Si Multi-Probe Cantilevers with Several Microns Size for Parallel Operation of Atomic Force Microscope"