2015 Fiscal Year Research-status Report
窒化シリコンメンブレンを用いた力検出器による液中原子間力顕微鏡の飛躍的性能向上
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26600095
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
福間 剛士 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90452094)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 力検出器 / 窒化シリコンメンブレン / チタンシールド / ガラスプローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、窒化シリコンメンブレンを用いたシールド付きの原子間力顕微鏡（AFM)を開発することで、AFMにおける力検出の感度・安定性を向上させることを目指して、研究を実施した。
昨年度までの研究では、窒化メンブレンに収束イオンビーム（FIB）を用いて数十マイクロメートル角の穴を形成する方法や、AFMカンチレバーに100 um程度の長さを持つガラス探針を取り付ける方法、さらにそのガラス探針先端に電子線ビーム堆積（EBD）カーボン探針を形成する方法などを明らかにし、シールド付AFMによる液中原子分解能観察に成功した。一方で、このメンブレンはきわめてもろく、洗浄できないために再利用ができない問題や、カンチレバーの共振のQ値が液中にカンチレバーを浸漬した場合と同程度まで低下してしまう問題などが未解決となっていた。
本年度は、これらの問題の解決に取り組んだ。まず、窒化メンブレンの代わりに、厚さ50 umのチタン箔を用い、そこにφ50 umの穴を形成した。そして、このチタンシールドが洗浄して再利用が可能な耐久性を有していることを確認した。しかし、このシールドは比較的厚いため、ガラスプローブを壁面に衝突せずに液中に浸漬させるためには、それをカンチレバーに取り付ける際の角度制御の精度を向上させる必要があった。そこで、従来から用いてきたマイクロマニピュレータでの加工用に、加熱用ヒータを組み込んだカンチレバーホルダを作製し、それを用いて、再現性良く高精度にガラスプローブを取り付ける方法を確立した。さらに、従来のガラスプローブに代えて、クオーツ製のプローブをCO2レーザ加工機により作製することを可能とし、EBD探針を作製しなくても十分先鋭化された探針を作製できるようにプロセスを改良した。現在、このセットアップを用いて、AFM観察やQ値の向上などの性能確認を実施しているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シールド付きセンサの実用化にはいたっていないが、実用化に向けて着実に近づいており、あと一歩のところまで来ている。また、これまでの予備的な検討によって、おおむね現在の問題点の解決策も見出すことができているため、来年度に計画している応用研究に向けて、おおむね順調に研究は進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状では、Q値についてはやや向上が見られるものの、目指していたほどの性能とはいえない。その原因は、プローブやチタンシールドの親水性にあると考えており、今後、表面修飾などの方法により、これらの問題も解決していきたい。
また、シールド付きAFMが実用化できる段階になった場合、まず、二酸化チタン微粒子の光応答解析に実用化したい。この際、ガスの発生などが予想されるが、シールドを設けることで安定に計測が可能と考えている。一方で、液中電位計測技術への応用も検討している。シールドを設けることで長距離力を大幅に抑制でき、従来よりも定量的かつ局所的な計測が可能になるものと期待される。
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Research Products
(4 results)
