マルチプローブ微小力センサーの開発

本研究では、試料表面上の多点を同時に計測・加工が可能なマルチプローブタイプの走査型力顕微鏡(SFM)を実現するため、新たにマルチプローブ微小力センサーの開発を行った。具体的には、マルチプローブSFMシステムを実現する圧電微小力センサーアレイの設計および製作プロセスの開発を行うとともに、製作したセンサーアレイの特性の検証を行った。そして、2個所の同時測定が可能なマルチSFMシステムを実現した。○圧電薄膜マルチプローブ微小力センサーの設計・製作および評価マルチプローブ顕微鏡システムでは、各々のプローブ探針・試料間距離が独立に制御する必要があり、各々のプローブが従来のシステムの圧電スキャナの_z駆動性能を有する必要がある。そのため、本研究では、圧電ひずみ定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)薄膜を採用した。PZT薄膜の成膜には組成の制御が容易なゾル-ゲル法を用いることにより、長さ150μm,幅50μm,厚み3.5μmのPZT圧電薄膜微小力センサーが100μm間隔で10本並んだマルチプローブデバイスを製作することができた。センサーの変位変換効率(電流感度)は1.0〜2.0A/mであり、駆動効率は100〜200nm/Vであり、若干の性能のばらつきはあるものの、いずれもSFMを構成するのに十分な特性を有していた。○マルチプローブ走査型力顕微鏡(SFM)の開発さらに試作したマルチプローブ微小力センサーを利用して、2つのセンサーが同時にダイナミックモードで動作するマルチプローブSFMを開発した。特に2つのセンサーの変位を探針・試料間距離が一定となるように独立にフィードバック制御するシステムを構築し、2点での40μm角範囲の同時測定を実現した。

本研究では、試料表面上の多点を同時に計測・加工が可能なマルチプローブタイプの走査型力顕微鏡(SFM)を実現するため、新たにマルチプローブ微小力センサーの開発を行った。具体的には、マルチプローブSFMシステムを実現する圧電微小力センサーアレイの設計および製作プロセスの開発を行うとともに、製作したセンサーアレイの特性の検証を行った。そして、2個所の同時測定が可能なマルチSFMシステムを実現した。○圧電薄膜マルチプローブ微小力センサーの設計・製作および評価マルチプローブ顕微鏡システムでは、各々のプローブ探針・試料間距離が独立に制御する必要があり、各々のプローブが従来のシステムの圧電スキャナの_z駆動性能を有する必要がある。そのため、本研究では、圧電ひずみ定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)薄膜を採用した。PZT薄膜の成膜には組成の制御が容易なゾル-ゲル法を用いることにより、長さ150μm,幅50μm,厚み3.5μmのPZT圧電薄膜微小力センサーが100μm間隔で10本並んだマルチプローブデバイスを製作することができた。センサーの変位変換効率(電流感度)は1.0〜2.0A/mであり、駆動効率は100〜200nm/Vであり、若干の性能のばらつきはあるものの、いずれもSFMを構成するのに十分な特性を有していた。○マルチプローブ走査型力顕微鏡(SFM)の開発さらに試作したマルチプローブ微小力センサーを利用して、2つのセンサーが同時にダイナミックモードで動作するマルチプローブSFMを開発した。特に2つのセンサーの変位を探針・試料間距離が一定となるように独立にフィードバック制御するシステムを構築し、2点での40μm角範囲の同時測定を実現した。