PZT薄膜を搭載した圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブの開発

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本研究では"ナノ計測一体型超微細加工システム(Smart Nano-Machining and Measurement System)"の開発に必要不可欠な"圧電検出・駆動型ダイヤモンドAFMプローブ"の開発を行った。得られた成果は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選択成長法によるパターニングと異方性エッチングによるSiモールドを利用することによって、ダイヤモンドAFMプローブを作製した。さらに、インサート材料としてアルミニウム薄膜を用いたダイヤモンド薄膜とパイレックスガラスの陽極接合技術を開発し、ダイヤモンドプローブ上に支持部となるガラス小片を陽極接合することによって、Siウエハ上に一括生産可能なプロセスを確立した。(2) 有限要素法を用いて最適なばね定数を持つプローブ形状(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作製した。(3) 作製した上記(2)の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確認した。2.PZT圧電薄膜によるアクチュエータおよび微小力センサの開発(1) マグネトロンスパッタリング法によって圧電定数の高いPZT薄膜を形成するための成膜条件およびアニール条件を明らかにした。昇温速度10℃/sでN_2雰囲気および大気中でアニールを行うことによって約95pC/Nと高い圧電定数を持つPZT薄膜の形成を可能とした。(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) ダイヤモンドAFMプローブに搭載した場合のセンサ(変位量-発生電荷の関係)およびアクチュエータ(印加電圧-変位量の関係)としての性能を有限要素法によって解析した。