1998 Fiscal Year Annual Research Report
結晶格子をスケールとするサブナノメートル測長・加工機の開発研究
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08555034
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
明田川 正人 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (10231854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 義則 (株)日立製作所, 中央研究所, 主任研究員
宇田 豊 (株)ニコン, 生産技術本部, 課長(研究職)
田辺 郁男 長岡技術科学大学, 工作センター, 助教授 (30155189)
柳 和久 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80108216)
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| Keywords | 走査型トンネル顕微鏡 / 比較測長 / 結晶格子 / 熱ドリフト / 極低熱膨張ガラス / 超精度位置決め / サブナノメートル |
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| Research Abstract |
無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ基準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,実時間大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔そのものをスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能をもつリニアスケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準とした数値制御加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.
(1) 極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMの改良と5μm超比較測長の可能性確認
極低熱膨張ガラスセラミクス(線膨張率0.3×10^<-7>K^<-1>)を構造部材とするSTMを試作・改良したした.内部の温度変動が0.05℃以下なる恒温セルとこのSTMを組み合わせ,5μm超の原子像を取得することに成功し,このレベルまで結晶格子間隔を基準とする比較測長が可能なことを確認した.
(2) 広範囲精密XYステージ駆動法の開発
数μmにわたって原子分解能を保持できるXYステージの駆動法を開発した.全走査領域を200個以上の微調走査領域に分け,さらにその微調走査領域を50000点に分割し,全体を10^7点に分割し,全領域で原子像を確認した.
(3) STM探針の結晶表面の原子配列を目標とするトラッキング制御の広範囲化
STM探針の高速ディザー変調とロックイン同期検波法を用いて結晶格子像のXY軸方向の傾斜信号を得,それを基にSTM探針を特定の原子配列に沿ってトラッキングしながら動かす制御を行った.(2)の方法を組み合わせて,特定の結晶配列に沿ってSTM探針を最大100nmまで往復運動させる制御にも成功した.
以上の実験を基に少なくとも5μmまで結晶格子を基準とする測長と位置決めの可能性を確認した.
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[Publications] Masato Aketagawa et al.: "Direct length comparison between regular crystalline lattice and SEM standard grating using dual tunneling unit STM" International Journal of Machine Tools and Manufacture. 38・5-6. 677-683 (1998)
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[Publications] Masato Aketagawa et al.: "Length measurement using regular crystalline lattice and a dual tunneling unit scanning tunneling microscope in a thermo-stabilized cell" Measurement Science and Technology. 9・7. 1076-1081 (1998)
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[Publications] Masato Aketagawa et al.: "Long atomic imaging over a 5-μm-long region using ultra-low thermally drifted dual-tunneling-unit scanning tunneling microscope in a thermo-stabilized cell" Review of Scientific Instruments. 70・1. 133-136 (1999)
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[Publications] 明田川正人 他: "結晶格子を基準とする微小長さ測定(第3報)-熱ドリフト誤差の抑制と測定範囲の数μmレベルの拡大-" 精密工学会誌. 65・1. 121-125 (1999)
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[Publications] Masato Aketagawa et al.: "Tracking and stepping control of the tip position of a scanning tunneling microscope by referring to atomic points and arrays on a regular crystalline surface" Review of Scientific Instruments. 70・4未定. (1999)
