2016 Fiscal Year Annual Research Report
Magneto-strictive-driven dual AFM probe for narrow-gapped delivery in liquid
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15H03940
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
峯田 貴 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50374814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小池 邦博 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40241723)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | AFMプローブ / 近接探針 / 磁歪薄膜 / 液中デリバリ / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に確立した流路形成法ではデリバリ用カンチレバーは約5μmの厚さが必要となり、流路部をジグザグ形状に配置して剛性を抑制し、さらに屈曲変位用の磁歪薄膜積層ビームを流路両側に幅広く配置して変形力を増大する機構を設計し、前年度に確立した高磁歪薄膜形成プロセスを適用して大変位カンチレバーを試作した。外部磁束300G程度で磁歪は飽和傾向になったが、最大2μm近い変位が得られた。
近接Siデュアル探針内へのデリバリ用ノズル形成と流路との接合部のために、ノズル開口部と流路端部を基板表面で連結せずに配置して形成時のエッチングの拡大により表面下で接続する手法を開発した。不要な結晶面の突起構造の生成を抑制してSi探針中腹部へ良好なノズル開口部を形成できる見通しを得たが、成膜法による流路埋め込みの際には探針先端の鈍化を防ぐための保護が必要になることがわかった。
中空カンチレバー流路内の熱酸化による親水処理と、基板表面部の流路(トレンチ)開口部を成膜法により閉合する手法を構築し、液体をフローできる中空デュアルプローブ形成の可能性を見出した。
駆動用のFePd薄膜の特性向上の検討については、結晶面間隔の近いMgO下地層を用いた配向性制御では顕著な効果は得られなかったが、薄膜面内での(220)面の配向が磁歪へ寄与する可能性を確認することができた。また、薄膜組成をPd40at.％から新たに35at.%を検討し、アニール処理によって100Gの低磁束でも約30ppmの磁歪を発現することを見出した。さらに、前年度の研究過程で着想したマイクロカンチレバー／ブリッジ構造の共振検証用デバイスを試作し、磁歪による地磁気レベルの磁気センシングへの新たな応用の可能性も見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近接Siデュアル探針内へのデリバリ用ノズルと流路の形成プロセスを適正化し、また両者をSi表面化で接続する構造の設計と形成法を確立し、Si探針の中腹へ良好なノズル形成を可能にした。厚さ約5μmの流路カンチレバーの剛性を抑制し、変位用の磁歪薄膜積層カンチレバーの配置の工夫によって、磁歪によるカンチレバー変位を拡大する機構を試作し、300G印加で最大で3μｍの十分な変位による切り替え動作を実現することができた。近接した観察側カンチレバーの共振駆動時の干渉もなく、タッピング観察への影響なく使用可能であることを確認できた。
駆動用のFePd薄膜は、Pd35at.%の組成にすることで、100Gaussの低磁束領域でも約30ppmの磁歪を発現できることを見出した。新たに着想した磁歪による共振変化型の磁気センシングとしての応用についても、検証用デバイスを試作して地磁気レベルのセンサとして適用可能であることも実証した。
中空カンチレバーのノズル開口部と流路端部を表面下で接続する形成手法を開発し、さらに、流路内の熱酸化と成膜法による親水処理や基板表面部の開口部閉合などのプロセスも確立し、液体フローできる中空デュアルプローブ形成の可能性を見出した。ノズル、流路、供給タンクの各接合部で流路閉塞を防ぎ、高い成功率で液体デリバリを実現するには、形成の精度向上に課題があることも把握されたが、中空デュアルAFMプローブを実現するための各技術は順調に確立されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に開発した低剛性型カンチレバー構造へ実効的な中空流路を作りこみ、大変位を与える磁歪アクチュエータと一体化した変形機構を形成する。これまで確立してきた探針およびノズルを一体形成したプローブを実現し、液体デリバリ性能の検証用カンチレバーを作製する。また、汎用AFM装置へ取り付ける機構を構築して近接形成した観察用探針とデリバリ探針の液中操作における切り替え法の確立を図る。
低磁束域での磁歪発現を見出したFe-35％Pd膜を大変位カンチレバー機構へ適用していく。また、結晶配向と磁歪との関連より磁歪発現のメカニズムを明らかにしていく。さらに、新たに着想した磁歪による構造体の共振変化による磁束センシングへの応用について、磁歪の影響を大きく得やすいブリッジ構造での共振変化による高感度検出の可能性を検証する。
中空デュアル探針形成プロセスにおいて、先鋭形成した探針先端保護プロセス等におけるリソグラフィの解像度とアライメント精度を向上してノズル形成と表面処理のプロセス確立と高歩留まりのデバイス試作を図っていく。また、流路と液体供給元のタンク部の接続部の設計を適正化し、高い成功率で液体フローできるカンチレバー試作に取り組み、流体の吐出性能について引き続き検討し、大気中および液中におけるサンプル表面のターゲットへの異分子溶液デリバリ操作の実現性を検証ていく予定である。
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Research Products
(24 results)
