マルチプローブ微小力センサーの開発

多探头微力传感器的研制

• 批准号: 08650062
• 负责人: 伊藤 寿浩
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650062/
• 关键词: 走査型力顕微鏡; 微小力センサー; 圧電薄膜; PZT; マルチプローブ

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。

In this study, the simultaneous measurement and processing of multiple points on the surface of the sample is possible, and the development of micro-force microscopy (SFM) is possible. The detailed design and development of SFM systems are described in detail below. The simultaneous determination of two sites is possible. Design, fabrication and evaluation of micro-mirror system for thin film micro-force sensors, independent control of the distance between probes and samples, and independent control of the voltage characteristics and dynamic performance of micro-mirrors for thin film micro-force sensors. In this paper, we study the application of PZT thin films in high voltage semiconductor applications. PZT thin films are easy to fabricate by using a thin film deposition method. PZT thin films with a length of 150μm, an amplitude of 50μ m, and a thickness of 3.5μm are fabricated at 100μm intervals. The switching efficiency (current sensitivity) is 1.0 ~ 2.0 A/m, the switching efficiency is 100 ~ 200nm/V, and some of the performance characteristics are very good. The development of SFM is being tested for the use of micro-force sensors, and the development of SFM is being tested for the simultaneous use of micro-force sensors. In particular, the distance between the probe and the sample at 2 points is constant, and the distance between the probe and the sample at 2 points is 40μm.

项目成果

T.ITOH,C.LEE,J.CHU,T.SUGA: "Piezoelectric force Sensing Pb(Zr,Ti)O_3 Microcantilever Array for Multiprobe Scanning Force Microscopy" 1996 MRS Fall Meeting Proceedings (Matenials in Microsystems). (印刷中). (1997)

T.ITOH、C.LEE、J.CHU、T.SUGA：“用于多探针扫描力显微镜的压电力传感 Pb(Zr,Ti)O_3 微悬臂梁阵列”1996 年 MRS 秋季会议论文集（微系统材料）（正在出版）。 (1997)

I.Itoh,C.Lee,J.Chu and T.Suga: "Indeperdent Parallel Scanning Force Microscopy Using Pb(Zr,Ti)O_3 Microcantilever Array" Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems′97^*. 78-83 (1997)

I.Itoh、C.Lee、J.Chu 和 T.Suga：“使用 Pb(Zr,Ti)O_3 微悬臂阵列的独立并行扫描力显微镜”论文集 IEEE 微机电系统’97^* (1997)。

Toshihiro ITOH,Ryutaro Azumi and Tadatomo Suga: "Piezoelectric Microcentilever Array for Multiprobe Scanning Force Microscopy" IEICE TRANS.ELECTRON.E80-C・2(印刷中). (1997)

Toshihiro ITOH、Ryutaro Azumi 和 Tadatomo Suga：“用于多探针扫描力显微镜的压电微中心阵列”IEICE TRANS.ELECTRON.E80-C·2（印刷中）。