集中質量型高感度プローブによる局所弾性のナノ分解能マッピング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550065
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 村岡 幹夫 秋田大学, 工学資源学部, 助教授 (50190872)
• Keywords: 原子間力超音波顕微鏡 / 集中質量型プローブ / 弾性マッピング / 接触共振 / コーティング / 質量比 / 弾性係数定量評価 / ナノ分解能弾性分布画像

Research Abstract

前年度は独自の集中質量型プローブを用いた安定なナノ分解能高感度弾性マッピング(弾性分布の画像化)を実現するため,動作不安定要因の抽出およびその改善を行った.本年度は,前年度に続き安定動作のさらなる向上を目的に探針の耐磨耗被覆材について検討した.また操作性向上のための検討を行った.さらに弾性係数の定量評価の検討を行った.以下に結果をまとめる.
(1)探針先端形状が磨耗等の損傷により容易に変化しないようにコーティング材の選択は重要である.前年度まではコーティング材としてW_2Cを用いていた.これは良好な耐磨耗性を有しているが,探針母材のシリコンとの接合強度が弱く,容易に剥がれ落ちてしまう.本年度では代替品としてTi/Ptコーティング探針を採用した.これによりコーティング剥離の発生し難くなり長時間に渡り安定な接触共振が得られた.
(2)集中質量をカンチレバー本体の10倍程度のプローブにおいても良好な弾性分布画像が得られた.これにより理論上最高感度を持つ質点系モデルと同等の性能を持つ集中質量型プローブを実証できた.
(3)各社の原子間力顕微鏡に対して,原子間力超音波顕微観察できるように,弾性分布画像取得用高速RMSコンバータを試作した.また負荷試験用圧電アクチュエータを試作した.
(4)結晶面が互いに異なる2種類のシリコンウエハの表面をKOH溶液でエッチングした標準表面を用いて,弾性係数の評価精度を調べる方法を考案した.
(5)ハードディスクの磁性膜表面,PZT薄膜表面について,昨年度よりの鮮明な弾性分布画像を取得することができた.弾性分布の画像では,表面形状には現れない組織,材質等の場所的な違いを反映した表面性状を数十ナノメートルの分解能でみることができた.

Research Products

• [Publications] 村岡幹夫, 眞田 慎: "マイクロジェットを利用したAFMカンチレバーのばね定数計測"日本機械学会論文集(A編). 70・689. 168-174 (2004)
• [Publications] Muraoka, M., Kamata, H.: "Sensitive Mapping of Nano-Scale Elasticity Using Contact Resonance of a Mass-Concentrating AFM Cantilever"Proc.of Int.Conf.on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2003, Sept.10-12, Nagoya, CD-ROM. No.OS05W0282. 1-5 (2003)
• [Publications] 村岡幹夫, 小松慎司: "原子間力超音波顕微鏡の高感度化による硬質ナノ組織の観察"日本機械学会M&M2003材料力学部門講演会. No.03-11. 817-818 (2003)
• [Publications] 村岡幹夫, 小野寺信雄, 眞田慎: "ハニカムリンク・アクチュエータの提案"精密工学会東北支部学術講演会講演論文集. 63-64 (2003)