近接場光学・ケルビンフォース複合プローブ顕微鏡の開発と機能性有機薄膜の光物性評価

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16360022
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 尾笹 一成 独立行政法人理化学研究所, 前田バイオ工学研究室, 先任研究員 (10231234)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 英輔 独立行政法人理化学研究所, 局所時空間機能研究チーム, 研究員 (40333322) ; 礒島 隆史 独立行政法人理化学研究所, 加藤分子物性研究室, 先任研究員 (40271522)
• Keywords: ケルビンプローブ / ナノプローブ / 有機薄膜 / 表面電位 / 近接場光

Research Abstract

本研究の目的は、有機薄膜材料に見られる表面電位やその光照射による変化をナノスケールで調べる手法として、近接場光を照射可能なケルビンプローブ走査顕微鏡を開発し、実際に表面電位の変化を計測することにある。さらにその知見を利用して有機薄膜の物性の制御ならびに向上も目指している。本年度は、マスクレス露光機を用いたAlq3膜へのパターン光照射、通常のケルビンフォースプローブ顕微鏡による表面電位パターンの計測、トンネル顕微鏡による変位電流の計測実験、ケルビン法による上部層吸着による巨大表面電位変化の観測、光照射による表面電位解消過程測定のための予備実験などを行った。またベントプローブ(光照射可能なプローブ)をケルビンフォース顕微鏡で用いるための検討準備を進め、それと並行して光照射を行いつつケルビンフォース測定(マクロ)を行う装置の構築および有機薄膜原料の精製装置の構築を行った。
パターン露光によって表面電位のパターン化が可能なことが分かった。現在のところ、2ミクロン程度の表面電位パターンを確認している。パターンが小さくなると、表面電位が均一化する傾向が見られるものの、これがケルビンフォース測定の分解能によるものかどうか、検討の必要があることが分かった。トンネル顕微鏡による変位電流の計測実験ではグラファイトを対象試料とすることで、良好な90度位相ずれ電流成分が検出できた。ケルビン法を用いた試料表面の平均電位計測では、Alq3膜上に有機半導体膜を作製することで巨大表面電位が減少することを発見した。また表面電位解消実験に必要な光強度を定量的に見積もるとともに、表面電位変化の関数形が照射光強度により異なっている可能性があることを見いだした。