ナノチューブを用いた次世代3次元ピコインデンターチップに関する研究

本研究では、カーボンナノチューブなどのインデンターの先端をXYZ3次元的に超精密に制御し,インデンテーションをすることによって3次元ナノ構造体などの局所的な機械的特性を計測できる超小型ピコインデンターチップ装置を提案する.本年度では、昨年度提案したインデンテーション機構の装置化及びインデンテーション実験を行った.インデンテーション装置はインデンター部と試料支持部で構成される.インデンター部の3軸PZTアクチュエータにインデンターを取り付ける.試料支持部のレバーで試料を保持する.試料がインデンター部のZ軸PZTによって押し込まれると試料保持レバーがたわみ,そのたわみ量を静電容量型変位センサで計測する.PZTの押し込み量とレバーのたわみ量との差を取ることによって,インデンテーション深さを求める.また,レバーの弾性係数とたわみ量からインデンテーション力を計算する.試作した装置の基本特性を実験で調べた結果,インデンテーション深さとインデンテーション力の範囲はそれぞれ0.1nm〜6μm,0.2μN〜13mNとなっていることが分かった.また,120秒間のインデンテーション深さ及びインデンテーション力の安定性はそれぞれ5nmと10μNとなっていることを確認した.さらに,3次元微細構造の局所的な機械特性を調べる目的で,走査型電子顕微鏡でのインデンテーション実験も行った.走査電子顕微鏡を用いて特定した位置にインデンテーションを行った.位置決めの分解能は0.1μmオーダであった.試料にはLSIなどの配線で用いられているアルミを用いた.本装置でインデンテーションをして得たインデンテーション深さ及びインデンテーション力のデータからアルミ試料のマイクロハードネスを計算した.カタログ値に近い値が得られたことから本研究で開発したインデンテーション装置の有効性を確認した.

本研究では、カーボンナノチューブなどのインデンターの先端をXYZ3次元的に超精密に制御し,インデンテーションをすることによって3次元ナノ構造体などの局所的な機械的特性を計測できる超小型ピコインデンターチップ装置を提案する.本年度では、昨年度提案したインデンテーション機構の装置化及びインデンテーション実験を行った.インデンテーション装置はインデンター部と試料支持部で構成される.インデンター部の3軸PZTアクチュエータにインデンターを取り付ける.試料支持部のレバーで試料を保持する.試料がインデンター部のZ軸PZTによって押し込まれると試料保持レバーがたわみ,そのたわみ量を静電容量型変位センサで計測する.PZTの押し込み量とレバーのたわみ量との差を取ることによって,インデンテーション深さを求める.また,レバーの弾性係数とたわみ量からインデンテーション力を計算する.試作した装置の基本特性を実験で調べた結果,インデンテーション深さとインデンテーション力の範囲はそれぞれ0.1nm〜6μm,0.2μN〜13mNとなっていることが分かった.また,120秒間のインデンテーション深さ及びインデンテーション力の安定性はそれぞれ5nmと10μNとなっていることを確認した.さらに,3次元微細構造の局所的な機械特性を調べる目的で,走査型電子顕微鏡でのインデンテーション実験も行った.走査電子顕微鏡を用いて特定した位置にインデンテーションを行った.位置決めの分解能は0.1μmオーダであった.試料にはLSIなどの配線で用いられているアルミを用いた.本装置でインデンテーションをして得たインデンテーション深さ及びインデンテーション力のデータからアルミ試料のマイクロハードネスを計算した.カタログ値に近い値が得られたことから本研究で開発したインデンテーション装置の有効性を確認した.