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

• 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

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.

在这项研究中，我们首先应用了一种称为“跳跃扫描”的方法，以稳定地扫描地表附近的高吸引梯度区域。该方法检测到有吸引力的梯度，使探针更接近样品表面，并在有吸引力的梯度变大于设定值时存储探针位置。接下来，探针足够远，因此探针不会与样品相撞，移至下一个测量点并继续相同的操作。这些操作是使用与常规方法不同的软件伺服器实现的。该方法使用锁定放大器限制了总体扫描速度，该放大器检测到重力力梯度和计算机处理速度，因此，通过购买高速锁定放大器，一个点的测量值约为0.1秒，达到了一个不会引起漂移或其他问题的速度。通过应用测量从重力梯度到该方法的表面电势分布的方法，与测量从重力力的表面电势分布的传统方法相比，分辨率得到改善，表面不稳态变为大约几百nm。即使是带有导体和绝缘体部分的样品，也具有约20-30 nm的分辨率（常规方法的分辨率为几百nm）。接下来，将样品支架涂在具有100 nm厚的ITO薄膜电极的棱镜上，电阻为ω，并且具有10MW 830 nm振荡范围的半导体激光器用作测量光谱特性的光源，该光源从样品持有人的背面辐射。试图试图检测探针散射的淡淡光，然后将其用于测量探针和样品。尽管可以确认散射的光强度根据腿之间的距离变化，但灵敏度不足以作为图像获得。这被认为是由于激光和检测系统的灵敏度不足所致。结果，该设备能够充分确认它可以测量所需的潜在分布和表面形状以及光谱特性的可能性，并且可以获得对将来的研究非常有效的设备和数据。人们认为，光学系统的进一步改进将允许对光谱特征进行明确的测量。