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圧電検出・駆動型ダイヤモンドマルチプローブを搭載した次世代ナノ加工・計測システム

研究課題

研究課題/領域番号 13555068
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関茨城大学

研究代表者

柴田 隆行  茨城大学, 工学部, 助教授 (10235575)

研究分担者 脇山 茂  セイコーインスツルメンツ株式会社, 科学機器事業部・技術一部, 係長(研究職)
林 照剛  茨城大学, 工学部, 助手 (00334011)
牧野 英司  弘前大学, 理工学部, 教授 (70109495)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
13,100千円 (直接経費: 13,100千円)
2002年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2001年度: 10,400千円 (直接経費: 10,400千円)
キーワード次世代ナノ加工計測システム / ナノリソグラフィ / 原子間力顕微鏡 / AFMプローブ / ダイヤモンド薄膜 / PZT薄膜 / アクチュエータ / センサ / 次世代ナノ加工・計測システム / ナノリソグラフィー
研究概要

本研究では、圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブを搭載した"次世代ナノ加工・計測システム"の開発を目的とした。得られた成果をまとめると以下のとおりである。
1.ダイヤモンドAFMプローブの開発
1)ダイヤモンド薄膜のマイクロマシニング技術を確立し、ダイヤモンドAFMプローブを開発した。具体的には、(1)選択成長法によるカンチレバー形状のパターニング技術、(2)異方性エッチングによって形成したSiモールドを利用したピラミッド形状のティップ形成技術、(3)アルミニウム薄膜を中間層に用いたダイヤモンド薄膜とガラス(Pyrex 7740)の陽極接合技術を組合せることでダイヤモンドAFMプローブ作製のためのバッチプロセスを確立した。
2)有限要素法によって最適なプローブ形状(V字型カンチレバー)を設計し、ばね定数1N/m、6N/mの2種類のダイヤモンドプローブを試作し、作製したダイヤモンドプローブによってAFM計測が可能であることを明らかにした。また、従来のSi_3N_4製プローブに対して耐摩耗性が飛躍的に向上することを確認した。
2.圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブの開発
1)ダイヤモンド薄膜上にPZT圧電薄膜を形成するためのスパッタ条件およびアニール条件を明らかにした。アニール温度700℃、昇温速度10℃/s、保持時間10min、N_2雰囲気中でアニールを行うことによって、約25pC/Nの圧電定数をもつPZT薄膜の形成を可能とした。さらに、ポーリング処理によって圧電定数が約65pC/Nまで向上することを明らかにした。
2)SF_6ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によってPZT薄膜のパターニング技術を確立した。
3)PZT圧電薄膜を搭載した圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブの作製プロセスを確立した。
以上の結果をもとに、圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブを試作し、その性能を評価した結果、AFM観察時の計測分解能0.4nm、加工時の発生力15μNが得られることを実験的に確認した。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (10件)

  • [文献書誌] K.Unno, Y.Kitamoto, T.Shibata, E.Makino: "Smart Nano-Machining and Measurement System with Semiconductive Diamond Probe"Smart Materials and Structures. 10(4). 730-735 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 柴田隆行, 牧野英司: "ダイヤモンドMEMS"砥粒加工学会誌. 46(6). 286-289 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shibata, K.Unno, E.Makino, Y.Ito, S.Shimada: "Characterization of Sputtered ZnO Thin Film as Sensor and Actuator for Diamond AFM Probe"Sensors and Actuators. A102(1-2). 106-113 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Unno, Y.Kitamoto, T.Shibata, E.Makino: "Smart Nano-Machining and Measurement System with Semiconductive Diamond Probe"Smart Materials and Structures. 10,4. 730-735 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shibata, E.Makino: "Diamond-based Microelectro-mechanical Systems (MEMS)(in Japanese)"J Jpn. Soc. Abrasive Technol.. 46,6. 286-289 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shibata, K.Unno, E.Makino, Y.Ito, S.Shimada: "Characterization of Sputtered ZnO Thin Film as Sensor and Actuator for Diamond AFM Probe"Sensors and Actuators. A102,1-2. 106-113 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Shibata, K.Unno, E.Makino: "Diamond AFM Prove with Piezoelectric Sensor and Actuator"Proc. The 12th Intenational Conference on Solid-State Sensors, Actuators, aud Micro-systems (Transducers '03). in press. (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Unno: "Smart Nano-Machining and Measurement System with Semiconductive Diamond Probe"Smart Materials and Structures. 10・4. 730-735 (2001)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 柴田隆行: "ダイヤモンドMEMS"砥粒加工学会誌. 46・6. 286-289 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Shibata: "Characterization of Sputtered ZnO Thin Film as Sensor and Actuator for Diamond AFM Probe"Sensors and Actuators. A102・1-2. 106-113 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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