走査型トンネル顕微鏡を用いた強電場下での新物質ナノ構造の作製

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750042
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50292230)
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡 / 電界蒸発 / 原子間力顕微鏡 / 近接場光顕微鏡 / 高密度光記録

研究概要

半導体技術をベースとした微細加工技術を利用すれば、微小な機械的構造体が作製できる。この技術は、センサーやアクチュエーターを小型化するだけでなく、高感度、高速応答、高精度化するのに役立つ。最小の加工寸法が、ナノメートルのオーダーのデバイス(ナノメカニックス)ができれば、マクロから原子・分子への橋渡しをするデバイスの実現が期待できる。
走査型トンネル顕微鏡は、リソグラフィーの道具として用いることができるだけでなく、原子を積み上げたり除去する道具としても用いることができる。これは、走査型トンネル顕微鏡の探針と基板間の強い電界により原子がイオン化し蒸発する現象を利用している。走査型トンネル顕微鏡の探針とシリコン基板間に電圧を加え一定のトンネル電流が流れるようにギャップを保持する。ここで、基板を加熱すると電界蒸発による蒸発が促進され基板側から探針側にシリコン原子が堆積し細線が形成する。この現象を利用し微小な金属開口を形成することに成功した。微細開口の作製は、近接場光を利用した次世代の高密度光記録に重要な技術である。金属薄膜を形成したプローブと導電性の基板間に、パルス電圧を加えプローブ先端に微小な金属開口を形成することができる。シリコンのプローブ先端には、酸化膜でできた探針が形成してある。上部から探針先端に光を入射すれば、開口近傍に近接場を形成することができる。この近接場顕微鏡用のプローブを利用し、表面凹凸像と近接場像の同時観察が可能であった。

研究成果

• [文献書誌] T.Ono M.Esashi: "Sub-wavelength Pattern Transfer by Near-Field Photolithography" Japanease Journal of Applied Physics. 37. 1644-1648 (1998)
• [文献書誌] Y.Shiba,T.Ono,K.Minami,M.Esashi: "Capacitive AFM Probe for High Speed Imaging" 電気学会E部門誌. 118. 647-651 (1998)
• [文献書誌] T.Ono,M.Esashi: "Evanescent-Field-Controlled Nano-pattern Transfer and Micro-Manipulation" Proceedings of IEEE workshop on Micro Electro Mechanical Systems. 11. 488-493 (1998)
• [文献書誌] M.Ohtomo,T.Ono,K.Minami,M.Esashi: "Polarizer-integrated Mask for Near-Field Lithography" TECHNICAL DIGEST OF THE 16TH SENSOR SYMPOSIUM. 16. 81-84 (1998)
• [文献書誌] P.N.Minh,T.Ono,M.Esashi: "A NOVEL FABRICATION METHOSDS OF THE TINY APERTURE TIP ON SILICON CANTILEVER FOR NEAR FIELD SCANNING OPTICAL MICROSCOPY" Proceedings of IEEE workshop on Micro Electro Mechanical Systems. 12. 360-366 (1999)
• [文献書誌] 小野崇人、江刺正喜: "ナノメートル加工の応用 -ナノメカニックスへの応用-" 応用物理. 67. 1395-1399 (1998)