2016 Fiscal Year Annual Research Report
Speeding up of electric/magnetic force microscopy by detecting the coupled vibration mode of quartz-resonator sensor
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26630185
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
宮戸 祐治 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (80512780)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 走査プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 振動解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
静電気力の高速検出ができれば、磁気力もほぼ同じ手法で検出可能であることから、静電気力検出に注力することにした。静電気力検出のため金属コートカンチレバーを水晶振動子にとりつけることにしたが、研究目的の振動モードを検出するためには、水晶振動子の二つの振動子両方にバランスよくカンチレバーを接着する必要があった。導電性のエポキシ樹脂によって接着するには加熱も必要なため、掴んでいるカンチレバーを加熱できるようにした独自のマニピュレータを構築した。その結果、二つの振動子に接着できるようになり、理想とする状況よりもQ値が不足している点ではまだ課題が残ってはいるものの、カンチレバーを片方にしかつけなかった場合と比べるとQ値が改善できた。
一方、研究開始当初は、倒立したピエゾスキャナに試料を搭載し、その直下に配置した水晶振動子で観察する、つまり試料が下方向に向いた顕微鏡システムであったが、多様な試料を測定するため、試料を上向きに置くことが望ましい。また、従来スキャナでは表面の凹凸が大きい試料でダイナミックレンジが不足することも経験していた。これらの解決のため、昨年度までの原理検証実験の結果を反映しつつ、高速スキャナを上下両方に配置し、上のスキャナを水晶振動子用に、下のスキャナを試料用にして、どちらでも走査・距離制御ができるようにした顕微鏡ヘッドを開発した。また、高速の静電気力検出を実現するには、試料に対しては変調用バイアス信号を印加し、水晶振動子に対しては信号検出することが必要で、搭載物は軽量にしなければならない。固定法を工夫し、極細アルミ線による配線によってスキャナ性能を最大限引き出せるようにした。また、振動子の高次モードを利用することで表面形状と静電気力の同時検出の可能性を見出した。こうした試行錯誤の結果、表面形状だけでなく表面物性の高速計測に向け、高速原子間力顕微鏡の機能拡張に成功した。
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