| 研究課題/領域番号 |
13555068
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
知能機械学・機械システム
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
柴田 隆行 茨城大学, 工学部, 助教授 (10235575)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 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 |
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| 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。
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