Development of Scanning Probe Microscopy Using Precise Force Detection

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前年度に引き続き，探針先端に力が作用しても，先端の位置及び姿勢が変わらないプローブの開発を試みた．3自由度ゼロコンプライアンス機構をMEMS技術を利用して実現するのは技術的に難しいので，１自由度の支持機構を二つ組み合わせるような構造の２自由度支持機構を設計・製作することとした．（１）２自由度ゼロコンプライアンス機構の設計　目標とするプローブ支持機構では，カンチレバーを固定している部材（以下では検出体と呼ぶ）の鉛直方向の位置と姿勢を変えることによって，探針先端の位置及び姿勢（角度）を制御する．本年度は，このような２自由度を対象としたゼロコンプライアンス機構を設計した．装置を設計する上で考慮したことは，作用点となる可動体（作用体）の変位検出とアクチュエータである．作用体が回転運動をすると，これらの電極間隔が変わって，短絡を引き起こす可能性があるので，二つの可動体を板ばねによってそれぞれ1自由度の並進運動をするように拘束し，さらに二つの可動体を板ばねで結合したものを作用体とした．ばねで拘束された二つの可動体に対してゼロコンプライアンスが達成されたとき，作用体は元の状態を保っている．したがって作用体が一つの剛体の場合と同じ原理で力とモーメントの測定が実現できる．（２）２自由度ゼロコンプライアンス機構の製作　２自由度ゼロコンプライアンス機構をMEMS技術を利用して製作した．約6.8×3.6×0.2 mmの大きさとなった．（３）ゼロコンプライアンス機構の性能評価　　製作した装置において，検出体及び作用体の位置検出及びそれぞれの静電アクチュエータによって力を発生できることを確認した．（４）３自由度ゼロコンプライアンス機構の設計　カンチレバー先端の変位と姿勢をMEMS技術技術を利用して測定することが難しいので，カンチレバーを用いない新たな３自由度力検出機構を設計・製作することとした．