微小機械に基づく光プローブ光の開発と物理的極限加工技術への応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12131207
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菅原 康弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40206404)
• 研究分担者: 西 竜治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40243183)
• キーワード: 近接場 / エバネセント場 / 原子間力 / 力 / 半導体探針 / 光学顕微鏡 / 散乱光 / 表面ポテンシャル

研究概要

(1)プワーブに働く力の超高感度検出の実現(変位検出計・周波数検出計の改良)
近接場光を高分解能に検出するためには、プローブに働く微弱な力を超高感度に検出する必要がある。具体的には、探針の振動振幅を安定に保持しながら、探針の機械的共振周波数の変化を高感度に検出する必要がある。そこで、まず、現有の振動振幅安定化回路(振幅変動幅0.1Å)に超低ノイズの可変ゲインアンプを導入し、超安定な振動振幅(振幅変動幅0.01Å)を実現した。また、現有の周波数復調回路(検出感度0.1Hz)を改良し、超高感度な周波数検出(検出感度0.01Hz)を実現した。
(2)先鋭なプローブの実現
近接場光と相互作用するプローブ先端の寸法が、空間分解能を大きく左右する。特に、原子スケールの空間分解能を実現するには、原子レベルで先鋭なプローブを使用することが必要不可欠である。そこで、現有の原子間力顕微鏡にプローブ先端を処理評価できる装置を付加し、先鋭で探針を実現した。なお、上記の処理には導電性が必要であるが、導電性シリコンから作られる探針を使用することにより解決した。
(3)バックグランド光を低減した光照射系の実現
近接場光を高分解能に検出するため、バックグランド光を低減した光照射系の実現する必要がある。そこで、光学レンズやプリズム表面での不要反射を極限まで低減するように照射光学系を改良した。

研究成果

• [文献書誌] K.Yokoyama et.al.: "Optical beam deflection noncontact atomic force microscope with three-dimensional beam adjustment mechanism"Rev.Sci.Instrum.. 71・1. 128-132 (2000)
• [文献書誌] K.Yokoyama et.al.: "Atomic Resolution Imaging on Si(100)2x1 and Si(100)2x1 : H Surfaces with Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・2A. L113-L115 (2000)
• [文献書誌] T.Uchihashi et.al.: "Identification of B-Form DNA in an Ultrahigh Vacuum by Noncontact-Mode Atomic Force Microscopy"Langmuir. 16・3. 1349-1353 (2000)
• [文献書誌] S.Morita et.al.: "Defects and their charge imaging on semiconductor surfaces by noncontact atomic force microscopy and spectroscopy"Journal of Crystal Growth. Vol.210. 408-415 (2000)
• [文献書誌] S.Morita et.al.: "Correlation of frequency shift discontinuity to atomic positions on a Si(111)7x7 surface by noncontact atomic force microscopy"Nanotechnology. Vol.11. 120-123 (2000)
• [文献書誌] Y.Sugawara et.al.: "Noncontact AFM imaging on Al-adsorbed Si(111) surface with an empty orbital"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 239-243 (2000)
• [文献書誌] T.Uchihashi et.al.: "High-resolution imaging of organic monolayers using noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 244-250 (2000)
• [文献書誌] N.Suehira et.al.: "Development of low temperature ultrahigh vacuum noncontact atomic force microscope with PZT cantilever"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 343-348 (2000)
• [文献書誌] R.Nishi et.al.: "Phase change detection of attractive force gradient by using a quartz resonator in noncontact atomic force microscopy"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 332-336 (2000)
• [文献書誌] M.Ashino et.al.: "Atomic-scale structure on a non-stoichiometric TiO_2(110) surface studied by noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 212-217 (2000)
• [文献書誌] M.Ashino et.al.: "Structures of an Oxygen-Deficient TiO_2(110) Surface Studied by Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・6B. 3765-3768 (2000)
• [文献書誌] T.Uchihashi et.al.: "Carbon-Nanotube Tip for Highly-Reproducible Imaging of Deoxyribonucleic Acid Helical Turns by Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・8B. L887-L889 (2000)
• [文献書誌] M.Ashino et.al.: "STM and atomic-resolution noncontact AFM of an oxygen-deficient TiO_2(110) surface"Phys.Rev.B. 61・20. 13955-13959 (2000)
• [文献書誌] Y.Sugawara et.al.: "Noncontact AFM imaging on a Si(111)2x1-Sb surface with occupied lone-pair orbitals"Appl.Phys.A. Vol.71(In press). (2000)
• [文献書誌] R.Nishi et.al.: "A noncontact atomic force microscope in air using a quartz resonator and the FM detection method"Appl.Phys.A. Vol.71(In press). (2000)
• [文献書誌] S.Morita and Y.Sugawara: "Microscopic Contact Charging and Dissipation"Thin Solid Films. (In press). (2001)
• [文献書誌] 森田清三,菅原康弘: "ナノ力学に基づいた原子分子技術"生産と技術. 52・2. 9-14 (2000)
• [文献書誌] 森田清三,菅原康弘: "原子間力顕微鏡による帯電素過程の研究"静電気学会誌. 24・1. 8-14 (2000)
• [文献書誌] 森田清三,菅原康弘: "非接触原子間力顕微鏡と原子分子のナノ力学"学術月報. 53・12. 1319-1324 (2000)
• [文献書誌] 森田清三 編著 他: "走査型プローブ顕微鏡-基礎と未来予測-"丸善株式会社. 181 (2000)