走査型電子顕微鏡内四探針原子間力顕微鏡による自己組織化膜の電気的異方性の計測

使用扫描电子显微镜中的四探针原子力显微镜测量自组装薄膜的电各向异性

基本信息

批准号：
17760031
负责人：
石川誠
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Toyota Technological Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

成果1)U字型をしたチューニングフォーク(以下TF)を電極パターンしたガラスエポキシ基板の上に固定し、突き出した腕の1つに探針となるタングステンワイヤーを導電性ペーストで接着し、検出部を作成した。検出部を電子顕微鏡の試料室に設置した四探針機構のアームで保持し、ピエゾ素子を用いて加振した。TFには10^9V/Aのゲインをもつ電流-電圧変換アンプを接続し、TFが振動することによって生じる電荷の移動を検出できるようにした。このときに生じた出力信号の振幅をロックイン検出することによって探針先端が感じる力の検出を試みた。共振周波数で加振し振幅をモニタしながら、探針を金属試料に接近させていった。振幅成分が減少した後加振を止めて、探針-試料間で電流-電圧特性を計測した結果、この手法により電気的接触が可能であることを明らかにした。成果2)カーボンナノチューブ(以下CNT)を用いて電気計測ができることを確認するために、化学エッチングしたタングステン探針の先端に多層CNTを取り付け、走査型電子顕微鏡内で四探針測定を実施した。その結果カーボンナノチューブ探針は、金属探針-CNT接合部分に数百kΩ〜数MΩにも及ぶ大きな接触抵抗が存在し、この接触抵抗が四探針法の要である微小電位差計測を困難にすることがわかった。この問題に対して電位計測にブリッジ回路と同様の原理に基づく零位法(null method)により、これを克服できることを明らかにし、電位計測区間を400nmとしても、CNT探針を用いることで金属薄膜上においても電位差計測を可能にした。

成果1）将U形音叉（以下简称TF）固定在具有电极图案的玻璃环氧树脂基板上，并将用作探针的钨丝用导电膏粘在其中一个突出臂上，并创建检测部分。检测单元由安装在电子显微镜样品室中的四探针机构的臂固定，并使用压电元件进行激励。将增益为10^9V/A的电流电压转换放大器连接到TF，以便可以检测到TF振荡引起的电荷移动。尝试通过对此时产生的输出信号的振幅进行锁定检测来检测探针尖端感受到的力。将探针靠近金属样品，同时以共振频率激励并监测振幅。振幅分量减小后，停止激励，测量探针与样品之间的电流-电压特性，结果表明该方法可以实现电接触。结果 2) 为了确认可以使用碳纳米管（以下简称 CNT）进行电学测量，将多壁 CNT 连接到化学蚀刻钨探针的尖端，并在扫描电子显微镜。因此，碳纳米管探针在金属探针-CNT结处具有数百kΩ至数MΩ的较大接触电阻，这种接触电阻使得测量微小电位差变得困难，而这正是四探针法的关键我发现确实如此。我们已经证明，使用与电势测量电桥电路相同原理的零点法可以克服这个问题，即使电势测量间隔为400 nm，我们也可以使用CNT 探针还可以测量顶部的电位差。