カンチレバーの高周波振動を用いる超音波原子間力顕微鏡によるナノメカニカル物性評価

使用悬臂高频振动的超声原子力显微镜评估纳米机械性能

• 批准号: 03J01552
• 负责人: 辻 俊宏
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J01552/
• 关键词: 超音波変原子間力顕微鏡; 弾性特性; 強誘電体; 強誘電体ドメイン; 強誘電体ドメイン境界; 走査プローブ顕微鏡; 圧電応答力顕微鏡; PZTセラミックス

強誘電体材料を用いたトランスデューサやアクチュエータではドメイン構造が逆圧電効果により弾性的に変形する。また強誘電体メモリーでは分極状態がスイッチングする際にドメイン境界の移動が生じる。従って、これらデバイスの動作は強誘電体ドメインやドメイン境界の強誘電性だけでなく弾性特性に密接に関係すると考えられる。しかしドメイン構造やドメイン境界について知見を得るためにはnmの空間分解能が必要であるため、従来の超音波を用いた方法では評価が困難である。強誘電体ドメイン構造を評価には、圧電応答力顕微鏡(PFM)が広く用いられている。しかしPFMでは弾性特性を評価することはできない。超音波原子間力顕微鏡(UAFM)は原子間力顕微鏡(AFM)の空間分解能で弾性特性を評価可能な技術である。この方法では探針が試料に接触したカンチレバーに高周波数の共振振動を励起することにより柔軟なAFMカンチレバーを用いながらもセラミックスや合金などの堅い材料の評価が可能になる。試料の弾性は共振周波数から評価されるので、共振スペクトルを高いSN比で測定することが重要である。本研究ではMEMSのアクチュエータや強誘電体メモリーに用いられるような強誘電体薄膜の評価を目指して、その基礎実験として市販のソフト系チタンジルコン酸鉛(PZT)バルクセラミックスに対してUAFMとPFMの評価を組み合わせて強誘電体ドメイン構造の評価を行った。その結果、強誘電体ドメイン構造に基づいた弾性特性の分布を映像化可能なことを確認した。さらに強誘電体ドメイン境界でドメイン内部に比べて弾性が低下する可能性があるという新知見を得た。これはドメイン境界が応力や電場により移動しやすい可能性を示唆する。このような評価を製法や組成の異なる材料に適用することにより有効な強誘電体材料の開発に重要な知見が得られる可能性があると考える。

Strong dielectric materials can be used in reverse dielectric structures. When the polarization state is changed, the movement of the polarization state is generated. The behavior of the magnetic field is strongly inductive, and the magnetic field is strongly inductive, and the magnetic field is strongly inductive. It is necessary to evaluate the method of ultrasonic wave application. High voltage power micro mirror (PFM) is used in high voltage power micro mirror. PFM is a very good way to improve the quality of the product. Ultrasonic atomic force micromirrors (UAFM) and atomic force micromirrors (AFM) space resolution energy characteristics of the evaluation of possible technology. This method enables the probe to contact the sample and to excite resonance vibrations at high frequencies, such as soft AFM samples, alloys, and hard materials. The characteristics of the sample are important for the determination of resonance cycle number, resonance ratio and SN ratio. In this study, we aim to evaluate ferroelectric thin films for MEMS applications, and to evaluate ferroelectric thin film structures based on the evaluation of lead titanate (PZT) systems for MEMS applications. The results show that the distribution of the basic properties of the strong dielectric structure can be mapped. The possibility of a strong induction of electricity in the interior of the body is low, and new knowledge is obtained. The possibility of moving between the boundary and the electric field is discussed. This article reviews the preparation method and the application of different composition materials, and discusses the possibility of obtaining important knowledge for the development of ferroelectric materials.

项目成果

Toshihiro Tsuji, Hisato Ogiso, Jun Akedo, Shigeru Saito, Kenji Fukuda, Kazushi Yamanaka: "Evaluation of Domain Boundary of Piezo/Ferroelectric Material by Ultrasonic Atomic Force Microscopy"Japanese Journal of Applied Physics. (発表予定). (2004)

Toshihiro Tsuji、Hisato Ogiso、Jun Akedo、Shigeru Saito、Kenji Fukuda、Kazushi Yamanaka：“通过超声波原子力显微镜评估压电/铁电材料的域边界”（即将出版）。