2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on nano metal detector using magnetic force microscopy
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18K04937
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
若家 冨士男 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60240454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁気力顕微鏡 / ナノ金属探知機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，磁気力顕微鏡(MFM) で用いられる磁化した探針の振動と非磁性金属との相互作用を利用して，絶縁体中に埋もれた金属を非破壊・非接触でナノメートル精度で検出する技術の確立することを目的とした。この技術は，半導体集積回路の配線層の検査等に応用でき，さらに，半導体中の不純物濃度も非破壊・非接触で計測できる可能性があり，極めて興味深い。最終年度(令和2年度)は，理論的研究が大きく前進した。磁化した探針の振動により金属中に誘起される渦電流の大きさや分布を計算するためには，渦電流自身が発生する磁場も考慮する必要がある。半径の異なる渦電流間の相互作用の問題，あるいは，インダクタンスの問題と言ってもいい。数値計算ではこの効果を取り入れることはできていたが，解析的な解を得るのが非常に困難であった。令和２年度は，積分方程式の解析的な解を得ることに成功した。実際に行った具体的な内容は，相互作用の効果の1次までを残す近似を行ったことと，無限大に発散する被積分関数を解析的に処理することであった。これらの近似により，相互作用の効果を考慮した場合の渦電流密度の大きさや分布を決定する解析的な式を求めることができた。数値計算だけでは，どのパラメータにどのように依存するのかの見通しが悪く，装置や計測条件を最適化しにくいため，解析解が得られたメリットは非常に大きい。研究期間全体では，絶縁体表面の単層の金属薄膜を検出することからはじめ，絶縁体中に埋もれた単層の金属や多層の金属を，表面から非接触で検出することに成功しており，今後，理論との比較検討を進め，さらなる発展が期待される。
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