表面形状・電位・分光特性が同時に測定可能な走査型フォース顕微鏡の開発研究

研发可同时测量表面形貌、电位和光谱特性的扫描力显微镜

基本信息

批准号：
06750348
负责人：
伊藤昌文
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Nagoya University
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：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750348/
关键词：
SFM AFM 表面形状電位分布分光特性

项目摘要

本研究では、まず、安定して表面近傍の高い引力勾配領域で接近走査するために、走査法にホッピング走査法という方法を適用した.この方法は、引力勾配を検出しながら、探針をサンプル表面に近づけ、引力勾配が設定値より大きくなった時点で探針位置を記憶する.次に探針がサンプルとぶつからない様に十分、探針を遠ざけ次の測定点に移動し、同様な操作を続ける.これらの操作を従来法とは異なるソフトウエアサーボにより実現した.この方法は、引力勾配を検出するロックインアンプとコンピュータの処理速度で全体の走査速度が律速されるため、高速なロックインアンプを購入するなどして、1点の測定が約0.1秒程度となり、ドリフトなどが問題にならない程度の高速化が実現された.この方法に引力勾配から表面電位分布測定する方法を適用することで、従来引力から表面電位分布を測定する方法に比べて、分解能が向上し、表面の凹凸変化が数百nm程度の急峻な勾配を持ち、導体、絶縁体部分を持つサンプルに対しても約20〜30nmの分解能で安定して像が得られるようになった(従来法の分解能数百nm).次にサンプルホルダをプリズムに厚さ100nm抵抗数ΩのITO薄膜電極をコートしたものを使い、サンプルホルダ裏面から照射する分光特性測定用光源として10mW830nm発振域の半導体レーザーを用いた.探針で散乱されるエバネッセント光の検出を試み、これにより探針とサンプル間距離により散乱光強度が変化することは確認できたが、像として得られるほどの感度が得られなかった.これはレーザーのパワーと検出系の感度が十分でなかったことが原因であると考えられる.以上、装置としては目的とした電位分布、表面形状と同時に分光特性を測定できる可能性を十分に確認でき、今後の研究に非常に有効な装置、及びデータが得られた.今後さらに光学系の改良を行えば、分光特性を明瞭に測定できると考えられる.

在本研究中，我们首先在扫描方法中应用了跳跃扫描方法，以便在表面附近具有高吸引梯度的区域稳定地进行特写扫描。在该方法中，在检测吸引梯度的同时，尖端向样品移动接近表面时，重力梯度为设定值。当它变大时，记住探头位置。接下来，将探头移离样品足够远，使其不与样品碰撞，然后移动到下一个测量点并继续相同的操作。这些操作是使用这是使用不同的软件伺服实现的。该方法中，整体扫描速度由检测重力梯度的锁定放大器和计算机的处理速度决定，因此通过购买高速锁定放大器，单点测量大约需要0.1秒、漂移等都是问题。通过将根据吸引力梯度测量表面电位分布的方法应用到该方法，与根据吸引力测量表面电位分布的传统方法相比，分辨率得到提高，并且可以容易地检测表面不规则性。数百纳米变化的梯度现在，即使对于具有导体和绝缘体部分的样品，也可以稳定地获得分辨率约为 20 至 30 nm 的图像（与传统方法的几百 nm 分辨率相比）。接下来，将样品支架安装到棱镜上ITO薄膜，厚度为100 nm，电阻为Ω。使用振荡范围为10mW和830nm的半导体激光器作为测量光谱特性的光源，使用涂有电极的样品架从样品架的背面照射光源。尽管已证实散射光的强度根据光之间的距离而变化，但不可能获得足够的灵敏度来获得图像。这被认为是因为激光功率和检测系统灵敏度不够。该设备是我们能够充分证实同时测量目标电位分布和表面形状以及光谱特性的可能性，并为未来的研究获得了极其有效的设备和数据。如果将来进一步改进光学系统，认为可以清楚地测量光谱特性。