走査型トンネル顕微鏡を用いた強電場化での新物質ナノ構造の作製

使用扫描隧道显微镜在强电场中制造新材料纳米结构

基本信息

批准号：
10750042
负责人：
小野崇人
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

走査型トンネル顕微鏡では探針を基板に極めて接近させて動作させるため、ギャップ間では小さな電圧でも非常に大きな電界強度になる。この大きな電界では物質は蒸発したり、気体が電離したりする。シリコンを蒸発・堆積さナノワイヤーを成長させることに成功した。特にシリコンの蒸発速度を上げるため、微量の金が重要な役割を果たす。金原子は、シリコン間の結合を切り蒸発しやすくするためである。また、基板を加熱することでも電界蒸発速度を上げることができる。この電界蒸発を利用したナノ細線成長の手法を走査型プローブ顕微鏡の片持ち梁の先端にナノワイヤーを成長させて、探針を作製することに応用した。一方、強い電場下では、大気圧中で探針-基板上にマイクロプラズマが発生することを見いだした。ガラス上にに金属薄膜を形成した基板では、マイクロプラズマガラスを利用して金属薄膜を加工することに成功した。この方法で、金属薄膜に100nm以下の微小な開口を作製し、近接場のリソグラフィーに応用した。同様の技術はマイクロプローブ上に金属の微小開口を形成し、近接場光学顕微鏡用のプローブを形成できた。またプラズマによる熱のため、ガラスを局所的に溶融させ微小部品のガラスへの接合を可能にした。強電場とマイクロプラスマの関係を調べるためのテストデバイスを作製し、その形状に対する放電状態の変化を調べた。マイクロ放電は電極を構成する材料に強く依存することを見いだした。金属でできた電極では、マイクロ放電は多数見られ、一方シリコンでできた電極上ではマイクロ放電は起きにくい。

扫描隧道显微镜非常接近底物，因此即使间隙之间的少量电压也会导致极高的田间强度。在这个大型电场上，材料蒸发和气体电离。我们已经成功地种植了已蒸发并沉积硅的纳米线。特别是，痕量的黄金在增加硅的蒸发率中起着重要作用。这是因为黄金原子切断了硅之间的键，并使它们易于蒸发。此外，加热底物也可以提高电场蒸发率。这种使用电场蒸发的纳米线生长方法应用于扫描探针显微镜的悬臂梁尖端生长的纳米线，以制造探针。另一方面，在强电场下，在大气压下发现在探针底物上产生微质量。在玻璃上形成的金属薄膜的基板上，使用微质量玻璃成功处理了金属薄膜。该方法在金属膜中产生100 nm或更少的小开口，并应用于近场光刻。一种类似的技术允许在微探针上形成金属微开放，从而形成了近场光学显微镜的探针。此外，由于血浆引起的热量，玻璃在本地融化，以使微粒连接到玻璃上。制造了一个测试装置，以研究强场和微质量之间的关系，并检查了放电状态相对于其形状的变化。发现微型电荷在很大程度上取决于构成电极的材料。在由金属制成的电极中，显微发电可见很多，而在用硅制成的电极上，微型载体的发生可能性较小。