圧電膜を利用した原子間力の計測

使用压电薄膜测量原子力

• 批准号: 03650203
• 负责人: 須賀 唯知
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03650203/
• 关键词: AFM; 微小力センサ-; 圧電膜; 原子間力; マイクロマシ-ニング; ZnO; PZT膜; 異方性エッチング

AFM(原子間力顕微鏡)の力検出系は、一般に試料表面からプロ-ブに働く力を変位に変換するカンチレバ-部とこの変位を検出して信号に変換する変位計とから構成されているため装置として複雑となっている。本研究ではAFMの簡略化,コンパクト化を図るべく、試料表面からの力の場を直接信号に変換する微小力センサ-プロ-ブを開発し、その基本的な特性を明らかにするとともに、原子間力の直接測定を行うことを目的とした。本研究で開発されたセンサ-の原理は共振力センサ-と同様で、系の機械的な共振周波数で強制振動された微小レバ-の先端に働く微小力場に応じて系の共振周波数が変化することを利用したものである。構造はSiを上台としたSiO_2薄膜のカンチレバ-上に電極/圧電膜/電極が形成されたものである。圧電膜にはマグネトロンスパッタリング法によるZnOーC軸配向膜とゾルゲル法によるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)膜を用いた。ZnO膜は比抵抗値、圧電特性ともある程度良好なものが得られた。PZT膜はペロブスカイト単一相が得られ、良好な強誘電性を示すことが確認された。圧電膜に上述のZnOのC軸配向膜を用いて次のようなプロセスでセンサ-の試作を行った。まず(100)Siウエハに熱酸化膜,電極/ZnO/電極を形成し、次にこれらのパタ-ニングを行い、最後にパタ-ン面とは逆の面から70〜80℃のKOH水溶液中でSiの異変性エッチングを行った。試作されたセンサ-の1次の機械的共振周波数はセンサ-の構造から計算される値とほぼ一致し、圧電膜からの電荷出力は機械的な共振特性と同様になった。またセンサ-のQ値は200程度になった。このセンサ-を上記の共振周波数で強制振動させてセンサ-と試料表面間に作用する力場を測定した結果、数10nmの領域で力場の作用が観察された。

AFM(Atomic Force Micromirror) force detection system is composed of a sample surface, a force detection system, a signal detection system, and a power detection system. This study aims at simplifying AFM, transforming the force field on the sample surface into a direct signal, developing the basic characteristics of AFM, and directly measuring the atomic force. The principle of the support developed in this research is the same as that of the resonant force. The mechanical resonance cycle number of the system can be changed by the small force field at the tip of the system that forces the vibration of the system. The structure of SiO_2 thin film on the silicon substrate and the formation of electrode/voltage film/electrode ZnO C-axis alignment film and PZT(lead titanate) film ZnO film has good resistance and voltage characteristics. PZT films are highly conductive and have good dielectric properties. The voltage film is applied to the ZnO C-axis alignment film. The (100)Si film is thermally acidified, and the electrode/ZnO/electrode is formed. The second phase is formed, and the third phase is formed. The last phase is formed in KOH aqueous solution at 70 ~ 80℃. For example, the resonance frequency of the first order of the machine is equal to the resonance frequency of the first order of the machine. The resonance frequency of the first order of the machine is equal to the resonance frequency of the first order of the machine. The Q value is 200 degrees. The force field between the surface of the sample and the resonance frequency of the sample was measured. The force field effect in the field of several 10nm was observed.