熱ドリフトフリー結晶格子ナノスケールの開発と格子NCマシーンへの適用

无热漂移纳米级晶格的研制及其在晶格数控机床上的应用

• 批准号: 08750138
• 负责人: 明田川 正人
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 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-08750138/
• 关键词: 走査型トンネル顕微鏡(STM); 比較測長; 結晶格子スケール; 回析格子; 熱ドリフト; 極低熱膨張ガラス; 超精密位置決め; ロックインアンプ

無応力状態の結晶格子表面の格子間隔は約0.2nmで安定しており,これは普遍的な長さ規準になりうる.また,走査型トンネル顕微鏡(STM)は,大気中で原子像を捉えることのできる顕微鏡である.そこで,結晶格子間隔をスケールとし,STMを検出器として組み合わせれば,サブnmオーダの分解能のリニアスケールが製作可能である.本研究ではこのリニアスケールの開発と格子間隔を基準としたNC加工機の可能性追求のために以下の事項を試みた.(1)熱ドリフト誤差の低減とSEM基準回析格子との比較測長STMによる測長・位置決めにおいて熱ドリフトが最大の誤差要因である.そこで,極低熱膨張ガラスセラミクスを用いたSTMと恒温水循環恒温セルを試作した.セル内の温度変動を0.05℃以下とすることに成功し,この中に試作したSTMを設置したときの熱ドリフト速度は従来に比べて1/100に減少し,1nm/h以下となった.さらに,測定軸とラスター走査のFAST軸を一致させ,光波干渉計で校正されたSEM基準回析格子のピッチ測定をグラファイト結晶格子間隔を基に行った.光波干渉計での検定値(240nm)とグラファイト結晶格子間隔を基準とする測定値は1%以内の誤差で一致した.これらの試作・実験により結晶格子スケールにおいて熱変形誤差をほぼ排除できる見通しを得た.(2)STM探針の原子頂点への静止制御のための基礎検討STM探針の高速ディザ-走査とロックイン検波法を用いて結晶格子像のXY軸の微分像を得,それを基に位置決めを行う方式の検討を行った.ロックイン検波法でのS/N比の向上を図り,良好な微分画像を得ることができ,位置決めのためのセンシングの見通しを得た.

The lattice spacing of the crystal lattice surface in the stress-free state is about 0.2 nm. A micro-mirror (STM) is used to detect the atomic image in the middle of the atmosphere. In addition, the crystal lattice spacing is different, STM detector is different, and the decomposition energy is different. This study is aimed at the following aspects of NC machine tool feasibility: (1)The main cause of maximum error is the reduction of thermal error and the SEM reference analysis grid and the comparative length measurement STM. Very low thermal expansion, low temperature water circulation, low temperature water circulation, low temperature water circulation. The temperature in the room changes below 0.05 ℃ and the temperature changes below 1 nm/h. In addition, the measurement axis and the FAST axis are aligned, and the calibration of the optical interferometer is based on the SEM reference analysis grid. The measurement error of the optical coherence meter is within 1% of the reference value (240 nm) of crystal lattice spacing. The test results show that the crystal lattice has a high thermal deformation error, and the crystal lattice has a high thermal deformation error. (2) The basic research of STM probe's atomic vertex static control method is to obtain the differential image of XY axis of crystal lattice image by using the method of wave detection, and to study the basic position determination method. The S/N ratio of the wave method is up, and the differential image is good.

项目成果

Masato Aketagawa: "One micrometer range comparative length measurement using regular crystalline lattice and dual tunneling unit STM" Journal of Vacuum Science and Technology B. (掲載待ち). (1997)

Masato Aketakawa：“使用规则晶格和双隧道单元 STM 进行一微米范围的比较长度测量”真空科学与技术杂志 B.（即将出版）。

明田川正人: "結晶格子を基準とする微小長さ測定(第1報)-2次元FFTによるSTM画像のゆがみ成分の抽出とその補正-" 精密工学会誌. 63・1. 108-113 (1997)

明川雅人：“基于晶格的微小长度测量（第1次报告）-通过二维FFT提取STM图像的畸变分量及其校正-”日本精密工程学会杂志63・1（108-113）。 1997）