ナノメートルオーダの3次元構造物の高速制御の研究

• 研究課題/領域番号: 12131203
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 川勝 英樹 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30224728)
• 研究分担者: 星 泰雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80301133)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 22,000千円 (直接経費: 22,000千円); 2003年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2002年度: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円); 2001年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
• キーワード: AFM / 力検出 / 表面物理 / マルチプローブ / ナノ構造物 / 物質検出 / afm / マラチプローブ / 質量検出 / カスペクトロスコピー / 高周波

研究概要

1)数ミクロンからサブミクロンオーダの単結晶シリコンカンチレバーで、先端に探針を有するものの作製に成功した.
シリコンの結晶方位による異方性を用いてカンチレバーと探針を形成しているため、極めて精度の高い作製が可能となった.これにより、スケーラブルな作製方法が実現され、形状と寸法精度が全体の大きさや、フォトリソグラフィー装置の精度に大きく依存しないことを確認した.この作製手法により、一平方センチメートルあたり、数100万個のカンチレバーの作製が可能となった.
2)上記のような、ナノメートルオーダの3次元構造物の動特性の評価を目的として、100MHzまでの帯域を有するレーザドップラー振動計を実現した.その際、ヘリウムネオンレーザの880MHzのビートを光音響変調器を用いて1080MHzとし、これを搬送周波数として用いた.1GHz以上の搬送周波数を用いることにより、100MHz程度までのドップラー計測が可能となった.3次元のナノ構造物はその質量が小さいために、機械的固有振動数が1MHzから1GHz程度に存在する.本年度の成果によって、様々なナノ構造物の動特性の計測が可能になると考えられる.
一例として、上記カンチレバーを真空中で計測したところ、Q値が10000であることを確認した.
3)超高真空内で作動する、レーザドップラー振動計プローブ位置決め機構を実現した.これを用いて、今後、超高真空内での質量や場の計測を行う.

研究成果

• [文献書誌] 川勝 英樹: "百万本のカンチレバーと100MHzまでの原子間力顕微鏡"精密工学会誌. 69巻. 178 (2003)
• [文献書誌] D.Kobayashi, S.Kawai, H.Kawakatsu: "Radio frequency circuitry for atomic force microscopy up to 1000MHz"Proc.of 12^<th> International Conference on Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy and Related Techniques, July 21-25,2003 Eindhoven, the Netherlands. CDROM. 180 (2003)
• [文献書誌] Y.Hoshi, T.Nakazawa, T.Mutsuo, S.Kawai, D.Kobayashi, H.Toshiyoshi, H.Kawakatsu: ""Nanopiano"-an Array of Cantilevers for Optical Excitation and Measurement"Proc.of the 11^<th> International Colloquium on Scannig Probe Microsocopy, December 11-13,2003,Atagawa, Japan. 104 (2003)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Measurement of mechanical properties of three dimensional nanometric objects by an atomic force microscope incorporated in a scanning electron microscope"Review of Scientific Instruments. 73. 2647 (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Mapping of lateral vibration of the tip in atomic force microscopy at the torsional resonance of the cantilever"Ultramicroscopy. 91. 37 (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Towards Atomic Force Microscopy up to 100 MHz"Review of Scientific Instruments. 73. 2317 (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Millions of cantilevers for atomic force microscopy"Review of Scientific Instruments. 73. 1188 (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Fabrication of single-crystal Si cantilever array, D. Saya, K. Fukushima, H. Toshiyoshi, G. Hashiguchi, H. Fujita, and H. Kawakatsu"Sensors and Actuators. A87. 113 (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Millions of cantilevers for atomic force microscopy"review of scientific instruments. march(accepted 未定). (2002)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "A versatile scanning force microscope for a scanning electron microscope"review of scientific instruments. march(accepted 未定). (2002)
• [文献書誌] D.Saya, H.Kawakatsu et al.: "Fabrication of Array of Single-Crystal Si Multi-Probe Cantilevers with Several Microns Size for Parallel Operation of Atomic Force Microscope"
• [文献書誌] D.Saya,H.Kawakatsu et al.: "Fabrication of silicon-based filiform-necked nanometric oscillators"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 3793-3798 (2000)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Strength Measurement and Calculations on Silicon Based Nanometric Oscillators for Scanning Force Microcopy Operating up to the GHz Range"Applied surface science. 157. 320-325 (2000)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al.: "Fabrication of silicon based nanometric oscillator with a tip form mass for scanning force microscopy operating in the GHz range"J.Vac.Sci.Technol.. B18. 607-611 (2000)
• [文献書誌] H.Kawakatsu et al: "Development of a Versatile Atomic Force Microscope within a Scanning Force Microscope"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 3747-3749 (2000)