Realization of high resolution atomic force microscope with self-sharpening probe

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K13364
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 阿保 智 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (60379310)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 走査プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 電界誘起酸素エッチング / 電子ビーム誘起堆積

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、超高分解能原子間力顕微鏡（AFM: atomic force microscope）の分解能と計測感度向上のため、AFMプローブ先端に電界誘起酸素エッチングもしくは電子ビーム誘起堆積を施し、曲率半径10nm以下を実現する自己先鋭化プロセスの開発を目指した。
電界誘起酸素エッチング、電子ビーム誘起堆積いずれのプロセスでもAFMプローブ自身の形状の電界集中により、プローブ先端部分で選択的に加工が起こるため、非常に簡単なプロセスで先鋭化が可能である考えた。
昨年度に、タングステンワイヤ先端の電界強度不足のため電界誘起酸素エッチングによる先鋭化が実現しなかったことを踏まえて、30kVまで印加可能な高電圧源を用いての加工を試みたが、これまでと同様、先端形状は変化しなかった。
次に、電子ビーム誘起堆積法を応用した先鋭化を試みた。真空チャンバー内で、電解研磨により先鋭化させた2本のタングステンワイヤを対向させ、両者の間に高電圧を印加した。これにより、カソードタングステンワイヤ先端から電子が放出され、電界集中によりアノードタングステンワイヤ先端に選択的に入射する。この状態で、タングステン含有有機金属ガスを導入すると、入射電子によりアノード先端にタングステンのナノ突起が作製されると考えた。実際には、アノードでの先端形状の変化は発生せず、カソードでの形状変化が見られた。カソードから放出された電子が発散し、アノード先端の電流密度が小さかったためと考えられる。これに対して、カソードでは、放出された電子自身により有機金属ガスが分解されたため、タングステンの堆積が起こったと考えられる。
曲率半径の小さな電極を対向させ、有機金属ガス雰囲気で電圧を印加する非常に簡単なプロセスにより、先端形状を変化させることが可能であることを示したが、ナノ突起の作製条件を明らかにするには至らなかった。