走査型プローブ顕微法による金属表面の微細加工

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06650821
• 研究機関: 広島電機大学
• 研究代表者: 李木 経孝 広島電機大学, 工学部, 助教授 (10136129)
• 研究分担者: 遠藤 敏郎 広島電機大学, 工学部, 教授 (60069200) ; 桧高 靖治 広島電機大学, 工学部, 教授 (20228737)
• キーワード: 走査型プローブ顕微法(SPM) / 原子間力顕微法(AFM) / 走査型トンネル顕微法(STM) / 超微細加工 / ナノスケール加工 / 高密度記録 / マイクロトライボロジ / 金属材料

研究概要

本研究では、微細加工を目的としたAFMユニット及びこのユニットの制御・画像処理システムの構築を行う。さらに、種々の純金属表面に対する微細加工試験を行ない、加工条件と加工分解能(精度)の関係を把握するとともに、加工メカニズムの究明を行い、ナノスケール分解能を得るための加工方法を確立する。
これまでに微細加工用AFMユニットの開発、このユニットの制御・画像処理システムの構築及びこれを用いた純金属表面の大気中での微細加工試験は計画通り進捗しており、下記の研究成果が得られている。Ni、Cu、AlおよびAuの蒸着膜および機械研磨バルク材に対して、種々の加工条件の影響について調べた結果、探針荷重および走査送り幅に大きく依存し、走査幅および走査速度にほとんど依存しないこと、さらに、この加工が同じメカニズムで繰り返されることが明らかとなった。これにより、本加工のメカニズムが把握されるとともに、面スクラッチ1回あたり数nm〜数十nmの深さの平面加工が再現性良く制御できることが示された。現在、以上のf. c. c.系の純金属に加えて、Mn、Mo、TiおよびW等の他の結晶系の純金属について検討を続けている。
さらに、加工中の探針及び試料表面の雰囲気を制御して、加工分解能及び加工能率に与える表面状態の影響について検討するため、微細加工用SPMユニット全体を包含できる雰囲気コントロール装置の設計・製作を完了した。これにより、湿度(30〜80%)制御による探針と試料の接触状態に及ぼす吸着水膜の影響、及びガス置換(不活性、活性)による酸化膜や物理吸着膜の影響を調べ、加工分解能の向上を目指す。これと並行して、微細加工の限界と密に関連する極軽荷重摩擦、さらにゼロ摩耗摩擦等に関するマイクロトライボロジへの展開を計る。

研究成果

• [文献書誌] T. Sumomogi et al: "Influence of atmoshere on tribological properties of scanning probe microscope observation" 4th Int'l Conf. on Nanometer-scale Sci. & Technol. September 8-12, 1996, Beijing, China. (発表予定). (1996)
• [文献書誌] T. Sumomogi et al: "Nanoscale layer removal of metal surfaces by scanning probe microscope scratching" J. Vac. Sci. Technol.B13. 1257-1260 (1995)
• [文献書誌] T. Sumomogi et al: "Micromachining of metal surfaces by scanning probe microscope" J. Vac. Sci. Technol.B12. 1876-1880 (1994)
• [文献書誌] T. Endo et al: "Obsercation of lattice defects using scanning tunneling microscopy/sertroscopy at low tempertures" J. Vac. Sci. Technol.B12. 1652-1654 (1994)
• [文献書誌] H. Yamada et al: "A new method to measure dI/dV and d^2I/dV^2 of tunneling current-voltage charactersitics" J. Vac. Sci. Technol.B12. 1655-1657 (1994)
• [文献書誌] T. Endo et al: "Constraction of scanning tunneling microscope for the investigation of electronic structures of lattice defects in high purity metals" Int'l Conf. on Ultra High Purity Base Metals May 24-27, 1994, Kitakyushu-city, Japan. 467-471 (1994)