JP3441397B2

JP3441397B2 - 電子装置の表面信号操作用融着プローブ及びその製造方法

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Publication number: JP3441397B2
Application number: JP11694099A
Authority: JP
Inventors: 喜萬中山; 成司秋田; 昭雄原田
Original assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Daiken Kagaku Kogyo KK
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2003-09-02
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000249712A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカーボンナノチュー
ブ、ＢＣＮ系ナノチューブ、ＢＮ系ナノチューブ等のナ
ノチューブを探針として使用する電子装置の表面信号操
作用プローブに関し、更に詳細には、ナノチューブをホ
ルダーに通電または電子ビーム照射により融着させて、
例えば、試料表面の物理的・化学的作用を検出して試料
表面像を撮像する走査型プローブ顕微鏡の探針として用
いたり、磁気ディスク装置の入出力用探針として用いる
ことのできる電子装置の表面信号操作用プローブ及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料表面を高倍率に観察する顕微
鏡として電子顕微鏡があったが、真空中でなければ電子
ビームが飛ばないために実験技術上で種々の問題があっ
た。ところが、近年、大気中でも表面を原子レベルで観
察できる走査型プローブ顕微鏡と云う顕微鏡技術が開発
されるに到った。プローブの最先端にある探針を試料表
面に原子サイズで極微接近させると、個々の試料原子か
らの物理的・化学的作用を探針で検出し、探針を表面上
に走査させながら検出信号から試料表面像を現出させる
顕微鏡である。

【０００３】その最初のものは走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭとも略称する）で、先端の先鋭な導電性探針を
試料表面から電子の波動関数が重なる距離、例えば約１
ｎｍまで接近させると、試料原子と探針間にトンネル電
流が流れ出す。試料表面には原子レベルで凹凸があるか
ら、トンネル電流が一定になるように探針を遠近させな
がら、探針を試料表面に対し走査させる。探針の遠近信
号が表面の凹凸に対応するので、試料表面像を原子レベ
ルで撮像できる装置である。その弱点は、分解能を上げ
るために、導電性材料からなる探針の先端を先鋭化しな
ければならない点である。

【０００４】ＳＴＭの探針は、白金、白金イリジウム、
タングステンなどの線材を先鋭化処理して形成される。
先鋭化処理には機械的研磨法と電解研磨法が用いられ
る。例えば、白金イリジウムは工具のニッパで切断する
だけで鋭い破断面が得られる。しかし、再現性が不確定
であるだけでなく、その先端曲率半径は１００ｎｍ前後
と大きく、凹凸のある試料表面の鮮明な原子像を得るに
は不十分である。

【０００５】電解研磨法はタングステン探針に利用され
る。図１９は電解研磨装置の概略図である。白金電極８
０と探針となるタングステン電極８１を交流電源８２に
接続して亜硝酸ナトリウム水溶液８３中に吊り下げる。
タングステン電極８１は電流が流れるにつれて次第に溶
液中で溶解され、先端が針状に仕上がる。研磨終了時に
は先端が液面から離れ、図２０に示すタングステン探針
８４が完成する。しかし、このタングステン探針でも先
端曲率半径は１００ｎｍ程度で、数原子程度の凹凸を鮮
明に撮像することは出来ない。

【０００６】次に開発された走査型プローブ顕微鏡は原
子間力顕微鏡（ＡＦＭと略称する）である。ＳＴＭでは
トンネル電流を流すために探針及び試料が原則として導
電体でなければならない。そこで、非導電性物質の表面
を見るためにＡＦＭが開発された。この装置では図２１
に示すカンチレバー８５が用いられる。このカンチレバ
ー８５の後方はサブストレート８６に固定され、前方に
はピラミッド状の探針８７が形成されている。探針の先
端には先鋭化処理により先鋭部８８が形成される。サブ
ストレート８６は走査駆動部に装着される。先鋭部８８
を試料表面に３Ａ（０．３ｎｍ）位まで接近させると、
試料原子から斥力を受ける状態になる。この状態で探針
を試料表面に沿って走査すると、表面の凹凸に応じて前
記斥力により探針８７が上下し、カンチレバー８５が
「てこ」のようにそれに応じて撓む。この撓みをカンチ
レバー８５の背面に照射されたレーザービームの反射角
度のずれにより検出して表面像を現出させるものであ
る。

【０００７】図２２は、前記探針の半導体プレーナ技術
による製造工程図である。シリコンウェハ８９の両面に
酸化膜９０を形成し、その一部にリソグラフィーとエッ
チングで凹部９１を作り、その部分も酸化膜９２で被覆
する。酸化膜９０、９２を窒素処理によりＳ_ｉ３Ｎ_４膜
９３に変化させ、裏面全体および表面の一部をエッチン
グして切断部９４を作る。一方、ガラス９５に大凹部９
６を形成し、前記Ｓ_ｉ _３Ｎ_４膜９３上に陽極接合させ
る。この後、ガラス部９７をカットし、シリコン部９８
をエッチング除去して、レーザー反射用の金膜９９を形
成すると、目的の探針が出来上がる。即ち、カンチレバ
ー８５、サブストレート８６、探針８７および先鋭部８
８が完成する。

【０００８】このプレーナ技術は量産に向いているが、
先鋭部８８をどこまで先鋭化できるかが問題である。結
局凹部９１の先端を鋭利にエッチング処理するか、又は
探針８７の先端をエッチングして鋭利化することにな
る。しかし、これらのエッチング処理でも、先鋭部８８
の先端曲率半径を１０ｎｍより小さくすることは困難で
あった。試料表面の凹凸は原子サイズであり、これを鮮
明に映像化するには１０ｎｍ以下にする必要があるが、
この技術では達成することは不可能であった。

【０００９】人工研磨やプレーナ技術が無理となれば、
プローブの決め手となる探針に何を用いるかが重要な問
題になる。一つはウィスカー（ひげ結晶）を用いる方向
である。実際、酸化亜鉛ウィスカーが探針として利用さ
れた。プレーナ技術によるピラミッド探針よりも、ウィ
スカー探針は先端角や先端曲率が小さいためにシャープ
な映像が得られる。しかし、ウィスカーの製造法が確立
しておらず、同時にＳＴＭ用の導電性ウィスカーを作る
ことはまだ試されていない。また、断面直径が１０ｎｍ
以下の望まれるウィスカーはまだ得られていない現状で
ある。また、これらの探針は試料表面との強い接触で容
易に壊れたり、通常の使用状態でもすぐに摩耗して使用
不能になるなど問題が多かった。

【００１０】そこで、近年になってカーボンナノチュー
ブを探針に利用しようとするアイデアが出現した。カー
ボンナノチューブは導電性であるため、ＡＦＭにもＳＴ
Ｍにも利用することが出来る。Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．１２０巻（１９９８年）６０３頁に、生物システ
ムを映像化する高分解能プローブとしてカーボンナノチ
ューブ探針が提案されている。しかし、一番重要な点、
即ちカーボン混合物中からカーボンナノチューブだけを
どのように収集するか、どのようにしてホルダーにカー
ボンナノチューブを固定するのかについては全く未解決
である。この文献においても、たまたまカーボンナノチ
ューブがホルダーに付着したものをＡＦＭに利用してい
るに過ぎないのである。また、カーボンナノチューブ以
外に、ナノチューブとしてＢＣＮ系ナノチューブやＢＮ
系ナノチューブが開発されているが、これらのナノチュ
ーブの利用法については全く未知の領域であった。

【００１１】また話は変わるが、近年、コンピュータの
メモリ容量が増大するにつれ、メモリ装置がフロッピー
ディスク装置からハードディスク装置へ、更に高密度デ
ィスク装置へと進化しつつある。小さな空間により高密
度に情報を詰め込むと、１情報当たりのサイズが小さく
なるため、その入出力用の探針もより微細なものが必要
になってくる。従来の磁気ヘッド装置では一定以上に小
さくすることは不可能であり、高密度化への動向に対し
限界が生じていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、探針
を先鋭化する系統的な従来技術は、金属線材の電解研磨
加工や半導体のリソグラフィーとエッチング処理であ
る。しかし、これらの処理では探針の先端曲率半径を１
００ｎｍ程度にしか先鋭化できないので、試料表面の数
原子以上の凹凸を鮮明に映像化することはとても困難で
あった。また、金属線材をニッパなどの工具で機械的に
切断して得られる先鋭度も凹凸像を鮮明に捉えるには不
十分であった。ウィスカーもまだ不確定な技術であり、
ナノチューブ探針に到っては、今後の課題であった。ま
た、従来の磁気ヘッド装置もサイズ的には限界に近づい
ていた。

【００１３】従って、本発明が目的とするものは、先端
曲率半径の小さなナノチューブを表面信号操作用の探針
として利用することを提案し、ナノチューブ探針のプロ
ーブの具体的構造とその製造方法を確立することであ
る。このナノチューブ探針が、探針走査時に原子凸部に
当たっても簡単に破損したりしない探針であること、そ
の時に探針がホルダーから外れないように探針をホルダ
ーに強固に固定できること、更に探針を安価に量産でき
ることを示すことである。そして作成されたカーボンナ
ノチューブ探針で、従来高分解能の観察が不可能であっ
た試料を鮮明に観察できる事を示すことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するためになされたものであり、本発明に係る電子装置
の表面信号操作用融着プローブは、ナノチューブを保持
させるホルダーと、先端部を突出させた状態でその基端
部をホルダー面に融着させたナノチューブとから構成さ
れ、前記ナノチューブの先端部を探針として表面信号を
操作することを特徴とする。また、複数本のナノチュー
ブを束ね、しかもその中の１本を一番前方に突出させた
ＮＴ束を形成し、このＮＴ束を前記ナノチューブとして
ホルダーに融着させた表面信号操作用融着プローブを提
案する。同時に、前記ナノチューブの突出した先端部の
基端部に近い中間部に補強用コーティング膜を形成した
表面信号操作用融着プローブを提案する。

【００１５】前記電子装置が走査型プローブ顕微鏡であ
り、前記ナノチューブが探針として試料表面の物理的・
化学的作用を検出する表面信号操作用融着プローブを提
案する。例えば、導電性材料からホルダーを形成した走
査型トンネル顕微鏡の融着プローブや、カンチレバーに
突設したピラミッド部をホルダーに利用した原子間力顕
微鏡の融着プローブ等である。前記電子装置が磁気情報
処理装置であり、前記ナノチューブにより磁気記録媒体
に対し磁気情報を処理する表面信号操作用融着プローブ
を提案する。また、以上のナノチューブがカーボンナノ
チューブ、ＢＣＮ系ナノチューブまたはＢＮ系ナノチュ
ーブである表面信号操作用融着プローブを提案する。

【００１６】探針となるナノチューブを分散させた電気
泳動液内の電極間に電圧を印加して電極にナノチューブ
を突出状に付着させる第１工程と、このナノチューブを
突出状に付着させた電極とホルダーを極微接近させ、ナ
ノチューブの先端部が突出した状態でその基端部をホル
ダー面に付着させる第２工程と、ナノチューブとホルダ
ー間に電流を流して基端部をホルダーに融着させる第３
工程からなる電子装置の表面信号操作用融着プローブの
製造方法を提案する。また、前記第３工程を電子ビーム
照射による融着方式に替える表面信号操作用融着プロー
ブの製造方法を提案する。

【００１７】前記第２工程および第３工程を電子顕微鏡
内で実観察しながら操作する表面信号操作用融着プロー
ブの製造方法を提案する。前記第２工程において複数本
のナノチューブを付着させ、しかもその中の１本を一番
前方に突出させたＮＴ束とし、第３工程においてこのＮ
Ｔ束をホルダーに融着させる表面信号操作用融着プロー
ブの製造方法を提案する。また、前記ナノチューブの突
出した先端部の基端部に近い中間部に補強用コーティン
グ膜を形成する表面信号操作用融着プローブの製造方法
を提案する。更に、以上のナノチューブがカーボンナノ
チューブ、ＢＣＮ系ナノチューブまたはＢＮ系ナノチュ
ーブである表面信号操作用融着ブローブの製造方法を提
案する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明における電子装置とは、表
面信号を操作するプローブを用いた電子装置を云う。例
えば、走査型プローブ顕微鏡は本電子装置に含まれ、プ
ローブを用いて試料の表面原子配列を撮像する装置であ
る。また、磁気情報処理装置も本電子装置に含まれ、例
えばハードディスクなどの磁気ディスク装置は磁気ヘッ
ドをプローブとして、磁気情報を処理している。従っ
て、この発明の表面信号操作用プローブは、相手表面の
状態や信号を検出するだけでなく、相手表面との間に信
号をやりとりする場合も含んでいる。以下に、本発明に
おける電子装置として、主に走査型プローブ顕微鏡を取
り上げて本発明を詳しく説明する。

【００１９】走査型プローブ顕微鏡とは、プローブの探
針により試料表面の原子から受ける物理的・化学的作用
を検出し、探針を表面上に走査させながら検出信号から
試料表面像を現出させる顕微鏡のことである。探針は物
理的・化学的作用を検出するセンサーであり、プローブ
はその探針を取り付けたものを云う。プローブの構造は
検出する物理的・化学的作用、即ち顕微鏡の種類毎に異
なるが、共通するものは、微小な探針とこの探針を一体
に固着した探針ホルダーである。本発明では探針として
ナノチューブを用いる。

【００２０】走査型プローブ顕微鏡には、トンネル電流
を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、ファンデ
ルワールス力で表面凹凸を検出する原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）、表面の違いを摩擦力で検出する水平力顕微鏡
（ＬＦＭ）、磁性探針と試料面の磁界領域間の磁性相互
作用を検出する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、試料と探針間
に電圧を印加して電界力勾配を検出する電界力顕微鏡
（ＥＦＭ）、化学官能基の表面分布を画像化する化学力
顕微鏡（ＣＦＭ）等がある。これらの顕微鏡はその特有
の物理的・化学的作用を探針で検出して原子サイズの高
分解能で表面情報を検出しようとする点で共通する。

【００２１】図１は本発明が適用される走査型トンネル
顕微鏡（ＳＴＭ）の構成図である。ナノチューブ探針１
はホルダー２ａに固着されて検出用のプローブ２とな
る。固着法は後述する。このホルダー２ａをホルダーセ
ット部３の切り溝３ａに嵌合してバネ圧で着脱自在に固
定する。Ｘピエゾ４ｘ、Ｙピエゾ４ｙ、Ｚピエゾ４ｚか
らなる走査駆動部４はホルダーセット部３をＸＹＺの３
次元方向に伸縮走査してナノチューブ探針１の試料５に
対する走査を実現する。６はバイアス電源、７はトンネ
ル電流検出回路、８はＺ軸制御回路、９はＳＴＭ表示装
置、１０はＸＹ走査回路である。

【００２２】各ＸＹ位置においてトンネル電流が一定に
なるようにＺ軸制御回路で探針１をＺ方向に伸縮制御
し、この移動量がＺ軸方向の凹凸量になる。ナノチュー
ブ探針１をＸＹ走査するに従いＳＴＭ表示装置に試料５
の表面原子像が表示される。本発明ではナノチューブ探
針１を交換する場合には、ホルダー２ａをホルダーセッ
ト部３から取り外してプローブ２として一体で交換す
る。

【００２３】図２は本発明が適用される原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）の構成図である。ナノチューブ探針１はホル
ダー２ａに固着され、このホルダー２ａはカンチレバー
２ｂの先端に形成されたピラミッド形状の部材である。
このピラミッド断面は直角三角形状をなし、その垂直面
に探針１を固着しているため、探針１が試料面にほぼ垂
直に当接し、試料表面形状を正確に読み取ることができ
る。カンチレバー２ｂはサブストレート２ｃに固定さ
れ、図示しないホルダーセット部に着脱自在に固定され
る。この形式では、ナノチューブ探針１、ホルダー２
ａ、カンチレバー２ｂおよびサブストレート２ｃが一体
としてプローブ２を構成し、探針の交換時にはプローブ
２の全体が交換される。例えば、図２１に示す従来のピ
ラミッド状の探針８７をホルダー２ａとして活用すれ
ば、これにナノチューブ探針を後述する方法で固着すれ
ばよい。試料５はピエゾ素子からなる走査駆動部４によ
りＸＹＺ方向に駆動される。１１は半導体レーザー装
置、１２は反射ミラー、１３は二分割光検出器、１４は
ＸＹＺ走査回路、１５はＡＦＭ表示装置、１６はＺ軸検
出回路である。

【００２４】試料５をナノチューブ探針１に対し所定の
斥力位置になるまでＺ軸方向に接近させ、その後、Ｚ位
置を固定した状態で走査回路１４で走査駆動部４をＸＹ
方向に走査する。このとき、表面原子の凹凸でカンチレ
バー２ｂが撓み、反射したレーザービームＬＢが二分割
光検出器１３に位置変位して入射する。上下の検出器１
３ａ、１３ｂの光検出量の差からＺ軸方向の変位量をＺ
軸検出回路１６で算出し、この変位量を原子の凹凸量と
してＡＦＭ表示装置１５に表面原子像を表示する。この
装置では、試料５をＸＹＺ走査する構成にしているが、
探針側、即ちプローブ２をＸＹＺ走査しても構わない。
また、ナノチューブ探針１が試料５の表面を軽く叩くよ
うに振動させてもよい。

【００２５】図１および図２に示されたナノチューブ探
針１はカーボンナノチューブ、ＢＣＮ系ナノチューブ、
ＢＮ系ナノチューブ等のナノチューブそのものである。
その中でもカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴとも称
する）が最初に発見された。従来、カーボンの安定な同
素体としてダイヤモンド、グラファイトおよび非晶質カ
ーボンが知られており、それらの構造もＸ線解析等によ
りほとんど決定された状態にあった。ところが、１９８
５年にグラファイトを高エネルギーレーザーで照射して
得られた蒸気冷却物の中に、炭素原子がサッカーボール
状に配列したフラーレンが発見され、Ｃ_６０で表記され
ることになった。更に、１９９１年には直流アーク放電
によって生成される陰極堆積物の中に、炭素原子が筒状
に配列したカーボンナノチューブが発見されるに至っ
た。このカーボンナノチューブを本発明のナノチューブ
探針として利用する。

【００２６】このカーボンナノチューブの発見に基づい
てＢＣＮ系ナノチューブが合成された。例えば、非晶質
ホウ素とグラファイトの混合粉末をグラファイト棒に詰
め込み、窒素ガス中で蒸発させる。また、焼結ＢＮ棒を
グラファイト棒に詰め込み、ヘリウムガス中で蒸発させ
る。更に、ＢＣ_４Ｎを陽極、グラファイトを陰極にして
ヘリウムガス中でアーク放電させる。これらの方法でカ
ーボンナノチューブ中のＣ原子が一部Ｂ原子とＮ原子に
置換されたＢＣＮ系ナノチューブが合成されたり、ＢＮ
層とＣ層が同心状に積層した多層ナノチューブが合成さ
れた。

【００２７】またごく最近では、ＢＮ系ナノチューブが
合成された。これはＣ原子をほとんど含有しないナノチ
ューブである。例えば、カーボンナノチューブとＢ_２Ｏ
_３粉末をるつぼの中に入れて窒素ガス中で加熱する。こ
の結果、カーボンナノチューブ中のＣ原子のほとんどが
Ｂ原子とＮ原子に置換されたＢＮ系ナノチューブに変換
できる。従って、本発明のナノチューブとしては、カー
ボンナノチューブのみならず、ＢＣＮ系ナノチューブや
ＢＮ系ナノチューブ等の一般のナノチューブが利用でき
る。

【００２８】カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、直径
が約１ｎｍ〜数十ｎｍで長さが数μｍの擬一次元的構造
を有する円筒状炭素物質であり、透過型電子顕微鏡写真
から図３に示すような各種の形状のものが確認されてい
る。（ａ）は先端が多面体で閉じており、（ｂ）は先端
が開いており、（ｃ）は先端が円錐形で閉じており、
（ｄ）は先端がくちばし形で閉じている。この他に半ド
ーナツ型のものが存在することも知られている。

【００２９】カーボンナノチューブの原子配列は、グラ
ファイトシートをずらせて丸めたラセン構造を持つ円筒
であることが分かってきた。ＣＮＴの円筒の端面を閉じ
るためには、五員環を６個ずつ入れればよいことが分か
る。図３のように先端形状が多様であるのは、五員環の
配置の仕方が多様であることと相応している。図４はカ
ーボンナノチューブの先端構造の一例を示しており、五
員環の周りに六員環が配置されることによって平面から
曲面に変化し、先端が閉じた構造になっていることが分
かる。丸は炭素原子で、実線部分が表側を示し、点線部
分が裏側に対応している。五員環の配置方式には各種あ
るため、先端構造の多様性が出現する。

【００３０】カーボンナノチューブのみならず、一般の
ナノチューブがこのようなチューブ構造をしているため
に、ナノチューブは中心軸方向や曲げ方向への剛性が特
に強く、同時に他の炭素同素体と同様に化学的・熱的に
極めて安定である。従って、探針として利用したとき、
走査時に表面の原子凸部と衝突しても破断し難い。ま
た、断面直径は前述したように約１ｎｍから数十ｎｍに
分布しているから、曲率半径の小さなナノチューブを選
択すれば、原子レベルでの微細構造を鮮明に撮像できる
探針として最も適切な材料となる。しかも、導電性を有
するものが多く存在するから、ＡＦＭ用探針としてだけ
でなく、ＳＴＭ用探針としても活用できる。更に、折れ
にくいことから水平力顕微鏡など他の走査型プローブ顕
微鏡の探針としても利用できる。

【００３１】ナノチューブの中でも、製法が簡単で安価
な大量生産に向いているのはカーボンナノチューブであ
る。カーボンナノチューブはアーク放電の陰極堆積物中
に生成されることが分かっており、しかもこのカーボン
ナノチューブは一般に多層である。また、アーク放電法
を改良して陽極中に触媒金属を混入させると、単層のカ
ーボンナノチューブが得られることも分かってきた。ア
ーク放電法以外でも、ニッケルやコバルト等の触媒金属
微粒子を基材としたＣＶＤ法でもカーボンナノチューブ
が合成できる。更に、触媒金属を混入させたグラファイ
トに高温下で高出力レーザー光を照射すると単層カーボ
ンナノチューブが合成できることも分かっている。ま
た、これらのカーボンナノチューブには金属を内包した
ものが存在することも分かってきた。また、前述したよ
うに、ＢＣＮ系ナノチューブやＢＮ系ナノチューブ等も
アーク放電法やるつぼ加熱法などで安価に製造できる事
が分かってきたし、ナノチューブ内に金属を内包する技
術も開発されつつある。

【００３２】しかし、カーボンナノチューブの場合で説
明すると、カーボンナノチューブはＣＮＴ単体で生成さ
れるのではなく、大量のカーボンナノ粒子（以下、ＣＰ
とも略称する）と混合して生成されることが分かってい
る。従って、この混合物からＣＮＴを如何に高密度に回
収できるかが本発明の前提となる。

【００３３】この点に関し、本発明者等は特願平１０−
２８０４３１号において、電気泳動法によるＣＮＴの精
製方法と精製装置を既に提案している。電気泳動液中に
カーボン混合物を分散させ、直流電圧又は交流電圧を印
加するとＣＮＴを精製することができる。直流電圧を印
加すると、例えば陰極にＣＮＴが直列状に配列する。交
流電圧を印加すると、不均一電場の形成によって陰極及
び陽極の両者にＣＮＴが直列状に配列する。ＣＰの電気
移動度はＣＮＴよりも小さいため、この差を利用した電
気泳動法によりＣＮＴの精製が可能となった。この電気
泳動法はカーボンナノチューブのみならず、ＢＣＮ系ナ
ノチューブやＢＮ系ナノチューブでも精製に使用できる
ことが確認できた。

【００３４】この電気泳動法は本発明の実施においても
利用される。つまり、上記方法により精製回収されたナ
ノチューブを別の清浄な電気泳動液中に分散させる。こ
の中にナイフエッジ等の金属板を電極として対向配置さ
せ、これに直流電圧を印加すると、例えば陰極にナノチ
ューブが直交状に付着するのである。交流電圧の場合に
は不均一電場を形成するように電極を配置すると、両極
にナノチューブが直交状に付着する。この付着した電極
を本発明の製造工程に利用する。勿論、ナノチューブを
ナイフエッジ状の金属板に付着させる他の方法を用いて
も構わない。

【００３５】前記電気泳動液としてはナノチューブを分
散でき、ナノチューブが電気泳動するものなら何でも利
用できる。即ち、溶媒は分散液であると同時に泳動液で
もある。この溶媒としては、水性溶媒や有機溶媒あるい
はそれらの混合溶媒が利用でき、例えば水、酸性溶液、
アルカリ性溶液、アルコール、エーテル、石油エーテ
ル、ベンゼン、酢酸エチル、クロロホルム等公知の溶媒
が利用できる。より具体的には、イソプロピルアルコー
ル（ＩＰＡ）、エチルアルコール、アセトン、トルエン
等の汎用の有機溶媒が利用できる。例えば、ＩＰＡの場
合には電気泳動のイオン種としてカルボキシル基を有し
ている。このように、溶媒としてはナノチューブの電気
泳動性能や分散性能、分散の安定性や安全性等を総合的
に考慮して選択すればよい。

【００３６】図５に直流電気泳動法の一例としてＣＮＴ
の場合を示す。ＣＮＴを分散させた電気泳動液２０をガ
ラス基板２１のポール内に溜める。液中にナイフエッジ
２２、２３を対向配置させ、直流電源１８を印加する。
電気泳動液の中には、肉眼には見えないが極めて小さな
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が無数に存在する。こ
のＣＮＴが陰極のナイフエッジ２２の先端縁２２ａに直
交状に付着してくる。このことは電子顕微鏡で確認でき
る。この装置では、両電極間のナイフエッジ平面に対し
直交する方向に電気力線が湾曲した不均一電場を形成し
ているが、均一電場を形成しても直流電気泳動装置とし
て利用できる。不均一電場では泳動速度が一定でないだ
けで、電気泳動が可能だからである。

【００３７】図６に交流電気泳動法の一例としてＣＮＴ
の場合を示す。ＣＮＴを分散させた電気泳動液２０をガ
ラス基板２１のホール内に溜める。液中にナイフエッジ
２２、２３を対向配置させ、交流電源１９を増幅器２６
を介して印加する。両極間には図５と同様の不均一電場
が作用する。意図的に不均一電場を構成しなくても、実
際には局所的な不均一電場が形成されるので、電気泳動
が実現できる。この図では５ＭＨｚ、９０Ｖの交流を印
加している。両電極のナイフエッジの先端縁２２ａ、２
３ａにＣＮＴが直交状に付着する。

【００３８】図７はナイフエッジ２３の先端縁２３ａに
ナノチューブ２４が付着した状態の概念図である。ナノ
チューブ２４は先端縁２３ａにほぼ直交状に付着してい
るが、斜交しているものもある。また複数のナノチュー
ブが寄り集まって束状に付着している場合もあり、これ
をＮＴ束２５（ナノチューブ束とも呼ぶ）と称する。ナ
ノチューブの直径は約１ｎｍから数十ｎｍにまで分布し
ている。この中で、余りに細いナノチューブを探針とし
て選んだときには、原子面の凹凸を細かく観察できる利
点を有するが、逆にナノチューブが固有モードで振動を
始めることがあり、そのときには分解能が低下する。そ
こで、ＮＴ束２５を探針として用いれば、その中で一番
前方に突出しているナノチューブが直接の探針機能を奏
し、他のナノチューブは振動を抑制する作用をする。従
って、このようなＮＴ束２５を探針として利用すること
もできる。

【００３９】図８はＣＮＴが付着したナイフエッジの走
査型電子顕微鏡像である。電気泳動操作だけでナイフエ
ッジにＣＮＴが簡単に付着するのが分かるであろう。し
かし、ＣＮＴは先端縁に直交するよりも、斜交して付着
している方が多い。

【００４０】図８で示されたナイフエッジに強度試験の
ために特殊な処理をする。この電子顕微鏡装置内には不
純物としての有機物質がかなり含まれている。そこで、
このナイフエッジに対して電子ビームを照射すると、こ
のナイフエッジ表面に前記不純物を源泉とするカーボン
膜が形成されることが分かった。この詳細は後述する
が、このカーボン膜がＣＮＴを一部だけ被覆してナイフ
エッジ表面に形成される。つまり、単にナイフエッジに
付着していたにすぎないＣＮＴを、カーボン膜がナイフ
エッジに固着させる機能を果たす。

【００４１】このナイフエッジ上のＣＮＴの機械的強度
を試験してみた。ＣＮＴに対し先端が鋭角な部材で押し
てみる。図９および図１０は押す前と押した後の走査型
電子顕微鏡像である。図１０から明瞭に分かるように、
ＣＮＴは半円形状に湾曲しても折れないほどの曲げ弾性
を有している。押すのを止めると図９の状態に復帰す
る。この高強度・高弾性が原子面と当たったり、引っ掻
いたりしてもＣＮＴが破損しない理由である。このこと
は、カーボン膜がＣＮＴを強固に固定していることをも
実証している。このように湾曲してもＣＮＴをナイフエ
ッジから離脱させない程の固着力を有しているのであ
る。一般のナノチューブでもこのような高強度を有し、
ナノチューブを探針として利用する最大の長所でもあ
る。

【００４２】図１１はＡＦＭ用のホルダーにナノチュー
ブを融着させる装置図である。カンチレバー２ｂの先端
にホルダー２ａがピラミッド状に突設されている。これ
は半導体プレーナ技術によって製造されたシリコン製部
材である。通常はピラミッド状の凸部がＡＦＭ探針とし
て用いられているのであるが、本発明ではこのピラミッ
ド状凸部をホルダー２ａに転用する。このホルダー２ａ
にナイフエッジ２３のナノチューブ２４を融着させ、こ
のナノチューブ２４を探針とする。ナイフエッジ上のナ
ノチューブは単に付着しているだけで、膜で固着させて
いないことは当然である。これらの操作は走査型電子顕
微鏡室２７内で実観察しながら行われる。カンチレバー
２ｂはＸＹＺの３次元方向に移動でき、ナイフエッジ２
３はＸＹの２次元方向に移動操作できる。従って、極め
て微細な操作が可能となる。

【００４３】図１２はナノチューブの融着直前の配置図
である。電子顕微鏡で直接観察しながら、ホルダー２ａ
の先端をナノチューブ２４に極微に接近させる。ホルダ
ー２ａの最先端によって、ナノチューブ２４が先端部長
Ｌおよび基端部長Ｂに分割されるように、ホルダー２ａ
を配置する。また、ナイフエッジ２３とカンチレバー２
ｂ間には、高抵抗Ｒ、直流電源２８、スイッチＳＷが連
結されている。高抵抗Ｒの抵抗値は例えば２００ＭΩ、
直流電源２８の電圧は１〜１００Ｖであり、接近状態に
ある図１２では、スイッチＳＷを開いた状態にして、ま
だ電流を流さない。

【００４４】更に両者を接近させて、ナノチューブ２４
とホルダー２ａを接触させると、図１３の状態になる。
先端部２４ａは先端部長Ｌだけ突出し、その基端部２４
ｂは基端部長Ｂの長さで、ナノチューブ２４はホルダー
２ａに付着している。この段階で、スイッチＳＷを閉じ
て通電すると、ナノチューブ２４とホルダー２ａの間に
電流が流れ、その接触した基端部２４ｂがホルダー２ａ
に電流加熱により融着する。つまり、基端部２４ｂが融
解して黒色で表した融着部２４ｄとなり、ナノチューブ
２４がホルダー２ａに強固に固着するのである。

【００４５】また、ナノチューブ２４とホルダー２ａを
接触させる前にスイッチＳＷを閉じておき、接触による
通電の後、ホルダー２ａをナイフエッジ２３から遠ざけ
てもよい。この場合でも、電流加熱により基端部２４ｂ
は融着部２４ｄとなってホルダー２ａに熱融着する。

【００４６】このような電流融着処理では、固着が強固
であるだけでなく、電子顕微鏡の中で対象物を確認しな
がらスポット溶接の感覚で確実に融着でき、製品の歩留
まりが向上する。また、前記直流電源２８は交流電源や
パルス電源でも構わない。直流電源の場合には、１０
^−１０〜１０^−６（アンペア・秒（Ａ・ｓ））の電流で
融着できる。例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
の直径が１０ｎｍで基端部長Ｂが２００ｎｍのときには
１０^−９〜１０^−７（Ａ・ｓ）で安定した融着ができ
る。しかし、本発明の核心はＣＮＴの融着固定にあるの
であり、これらの数値に限定されるものではない。

【００４７】第２の融着方法は電子ビーム照射法であ
る。図１２の非接触状態でこのスイッチＳＷを閉じる
と、ホルダー２ａとナノチューブ２４の間に電界が形成
される。更に接近させると、この電界力によりナノチュ
ーブ２４がホルダー２ａに飛翔して転移する。その後、
ナノチューブ２４の基端部２４ｂの全部または一部を狙
って電子ビームを照射すると、基端部２４ｂが融解し、
ホルダー２ａ上に融着部２４ｄとなって融着する。この
場合、直流電源２８の極性はナノチューブの材質などに
も依存するので、図示に限定されず転移を促進する方向
に極性を合わせる。

【００４８】上述の方法は電界転移法を利用したが、ス
イッチＳＷを開いたまま無電界転移させることもでき
る。即ち、ホルダー２ａをナノチューブ２４に一定距離
以上接近させると、両者間にファンデアワールス引力が
作用し、この引力によってナノチューブ２４がホルダー
２ａに飛翔転移する。この転移を容易にするために、ホ
ルダー２ａ上にアクリル系などの接着剤を塗布しておい
ても良い。転移後は、ホルダー２ａに付着した基端部２
４ｂを電子ビーム照射により融解させ、融着部２４ｄを
介してホルダー２ａに固着させる。このように、電子ビ
ーム融着によっても通電融着と同様のプローブを得るこ
とが出来る。

【００４９】図１４は融着後の完成プローブの概観図で
ある。先端部２４ａがナノチューブ探針となり、先端曲
率半径が１０ｎｍ以下の高分解能用プローブとして用い
ることが出来る。ナノチューブ２４は融着部２４ｄによ
り強固にホルダー２ａに固着しており、多少の衝撃を受
けても、折れたり曲がったり外れたりしない。カーボン
ナノチューブの場合においては、融着部２４ｄではナノ
チューブ構造が壊れて非晶質炭素に変化したと考えられ
る。ホルダー２ａとしてシリコンを用いると、非晶質化
した炭素原子とケイ素原子が結合して炭化ケイ素にな
り、融着部２４ｄは炭化ケイ素の構造をとると考えられ
る。しかし、その部分の詳細な構造解析はまだ終わって
いないので、現在のところ推定である。また、ＢＣＮ系
ナノチューブやＢＮ系ナノチューブの場合においては、
融着部の構造解析はまだ行われていない。しかし、融着
部により強固に結合している事は実験的に確認できてい
る。

【００５０】前述したように、ホルダー２ａがシリコン
の場合には、半導体であるから多少の導電性があり、電
圧の印加が直接可能であるため通電融着ができる。もち
ろん、ファンデアワールス転移法と電子ビーム融着法も
適用できる。しかし、ホルダー２ａがシリコンナイトラ
イドのような絶縁体から構成されている場合には、導電
性がないからファンデアワールス引力による転移法と電
子ビーム融着法が最適な方法となる。絶縁体に通電融着
法を適用したい場合には次のようにしてもよい。ＣＮＴ
ホルダー２ａやカンチレバー２ｂの表面に電極を導電性
物質で形成する。例えば、金属蒸着などの手段で電極膜
を形成する。この膜上に電圧を印可すれば、電流が流れ
て前記融着現象が生起し、プローブを得ることができ
る。

【００５１】このように、１本のナノチューブ２４を探
針として用いる場合に、その先端部２４ａが細長いと、
共振して先端が振れ、分解能が落ちる場合がある。この
共振を抑止するために、所要領域にコーティング膜を形
成する方法がある。図１５から分かるように、コーティ
ング膜３０を先端部２４ａの根本側に形成すると、その
部分が太くなって共振し難くなる。このコーティング領
域は自由に設計できるから、基端部２４ｂまで含んだコ
ーティング膜２９を形成してもよい。このコーティング
膜２９はナノチューブを上から押さえる効果があるか
ら、前記融着部２４ｄと共にナノチューブ２４のホルダ
ー２ａへの固着を強固にする。また、コーティング膜２
９、３０の厚みは場合に応じて可変できる。

【００５２】次にコーティング膜２９、３０の成形方法
を説明する。一つは、前述した様に、基端部２４ｂや中
間部２４ｃに対し電子ビームを照射すると、その部分が
融解するだけでなく、電子顕微鏡室２７内に浮遊する炭
素物質が基端部近傍に堆積してカーボン膜が形成され
る。このカーボン膜をコーティング膜として利用する。
第２には、電子顕微鏡室２７内に反応性のコーティング
ガスを微量導入し、これを電子ビームで分解し、所望物
質のコーティング膜を形成する。これ以外に、一般的な
コーティング方法を採用することができる。例えば、Ｃ
ＶＤ（化学気相析出法とも云う）やＰＶＤ（物理蒸着法
とも云う）が利用できる。ＣＶＤ法では予め材料を加熱
しておき、反応性のコーティングガスをそこへ流し、材
料表面で皮膜を反応成長させる。また、反応ガスをプラ
ズマ化し、材料表面に皮膜形成させる低温プラズマ法も
ＣＶＤの一つである。他方、ＰＶＤ法には単純な蒸着法
からイオンプレーティング法やスパッタリング法など各
種の方法がある。本発明にはこれらの方法が選択的に適
用でき、皮膜材料には、絶縁性材料から導電性材料まで
その用途に応じて広く利用できる。

【００５３】１本のナノチューブ２４を融着させる代わ
りに、ＮＴ束２５を融着させることもできる。また、１
本のナノチューブ２４を何回にも分けて融着させれば、
ＮＴ束２５を融着させるのと同じになる。何回にも分け
た場合には、１本１本のナノチューブを任意に調節して
融着できるから、一番前方に突出したナノチューブが探
針となり、周りのナノチューブは探針全体の共振を抑制
し、安定で高分解能のプローブを作成することができ
る。

【００５４】発明者等は、図１４のプローブの分解能と
安定度を測定するため、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の
ＡＦＭ画像を撮影してみた。図１６はＤＮＡのＡＦＭ画
像で、ＤＮＡが交差したり、捩れたりしているのが明瞭
に撮影できた。今まで、このようにクリアーなＤＮＡ像
が得られたのは、発明者等の知る限り初めてである。図
１６から判断する限り、本発明により作成されたプロー
ブは、先端曲率半径が１．２ｎｍ以下であり、科学研究
上においても極めて有効であることが理解できる。

【００５５】図１７は走査型トンネル顕微鏡のプローブ
２の要部斜視図である。ナノチューブ２４は先端部２４
ａを突出させて、この部分が探針となる。基端部２４ｂ
はホルダー２ａ上に融着部２４ｄとなって融着されてい
る。図１のプローブ２と対応させると分かりやすい。ホ
ルダー２ａの材質は、タングステンや白金イリジウム合
金などの金属を使用できる。その作用と効果は図１４と
同様であるからその詳細を省略する。

【００５６】図１８はナノチューブ２４の中間部２４ｃ
にコーティング膜３０を形成したプローブ２を示す。こ
のコーティング膜３０は探針の振動を防止するために設
けられている。図１５と同様に、融着部２４ｄを被覆す
るコーティング膜２９を形成してもよい。その作用効果
は図１５と同様であるから、その詳細を省略する。

【００５７】図１７と同様のプローブが、磁気ディスク
装置の入出力用プローブとして利用できる。この時に
は、ナノチューブの先端に鉄原子を埋め込んで、ナノチ
ューブに磁気的作用を付与する。ナノチューブは筒状構
造であるから、筒の中に各種の原子を含有させることが
できる。この一つとして、強磁性原子を含有させて、ナ
ノチューブに磁気感受性を与えるのである。勿論、鉄以
外の強磁性原子でも構わない。ナノチューブの先端曲率
半径は約１ｎｍ〜数十ｎｍまでと極めて小さいから、微
小空間中に高密度に記録されたデータの入出力等の処理
を高精度に行うことが出来る。

【００５８】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含す
るものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように、ナノチュ
ーブを保持するホルダーと、先端部を突出させた状態で
その基端部をホルダー面に融着させたナノチューブとか
ら構成され、前記ナノチューブの先端部を探針として表
面信号を操作する電子装置の表面信号操作用融着プロー
ブとその製法に関している。従って、ナノチューブを探
針とするから先端曲率半径が小さく、走査型プローブ顕
微鏡に用いると高分解能の表面原子像を撮像でき、また
磁気情報処理装置の探針に用いた場合には高密度の磁気
情報を高精度に入出力制御できる。

【００６０】ナノチューブは剛性や曲げ弾性が極めて高
く、しかも融着層で強固に固着しているから、相手物体
に当たっても破損する事が無く、プローブの長寿命化を
図ることができる。また、ナノチューブはアーク放電法
やるつぼ加熱法等により量産でき、原材料費は極めて安
価である。しかも本発明の製造方法では、プローブを安
価に大量生産できるから、プローブの低価格化を実現で
き、研究や経済の活性化を図ることが出来る。特に、新
物質創製に必要なＳＴＭやＡＦＭの長寿命プローブを大
量にしかも安価に提供できるから、新技術開発の促進に
寄与することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の構成
図である。

【図２】図２は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の構成図であ
る。

【図３】図３はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の先端
多形の斜視図である。

【図４】図４はＣＮＴの五員環と六員環の配置の一例を
示した斜視図である。

【図５】図５は直流電気泳動法の一例を示す構成図であ
る。

【図６】図６は交流電気泳動法の一例を示す構成図であ
る。

【図７】図７はナイフエッジにナノチューブが付着した
状態の概念図である。

【図８】図８はＣＮＴが付着したナイフエッジの走査型
電子顕微鏡像のコンピュータ画像である。

【図９】図９は先端が鋭角な部材でＣＮＴを押す前の走
査型電子顕微鏡像のコンピュータ画像である。

【図１０】図１０は先端が鋭角な部材でＣＮＴを押した
直後の走査型電子顕微鏡像のコンピュータ画像で、ＣＮ
Ｔが湾曲している。

【図１１】図１１はＡＦＭのカンチレバーにナノチュー
ブを融着させる装置の構成図である。

【図１２】図１２はナノチューブの融着直前の配置図で
ある。

【図１３】図１３はナノチューブの融着直後の配置図で
ある。

【図１４】図１４は完成したＡＦＭ用プローブの概念図
である。

【図１５】図１５はナノチューブを被覆してコーティン
グ膜を形成した概念図である。

【図１６】図１６は完成したＡＦＭ用プローブで撮像し
たＤＮＡ像のコンピュータ画像である。

【図１７】図１７はＳＴＭ用プローブの要部斜視図であ
る。

【図１８】図１８は、ナノチューブの先端部の基端部側
の領域である中間部にコーティング膜を形成した場合の
ＳＴＭ用プローブの要部斜視図である。

【図１９】図１９は従来の電界研磨装置の概略図であ
る。

【図２０】図２０は電界研磨が終了したときの状態図で
ある。

【図２１】図２１は従来のＡＦＭ用探針の概略図であ
る。

【図２２】図２２は従来のＡＦＭ用探針の半導体プレー
ナ技術による工程図である。

【符号の説明】

１はナノチューブ探針、２ａはホルダー、２ｂはカンチ
レバー、２ｃはサブストレート、２はプローブ、３ａは
切り溝、３はホルダーセット部、４ｘはＸピエゾ、４ｙ
はＹピエゾ、４ｚはＺピエゾ、４は走査駆動部、５は試
料、６はバイアス電源、７はトンネル電流検出回路、８
はＺ軸制御回路、９はＳＴＭ表示装置、１０はＸＹ走査
回路、１１は半導体レーザ装置、１２は反射ミラー、１
３は２分割光検出器、１４はＸＹＺ走査回路、１５はＡ
ＦＭ表示装置、１６はＺ軸検出回路、１８は直流電源、
１９は交流電源、２０は電気泳動液、２１はガラス基
板、２２・２３はナイフエッジ、２２ａ・２３ａは先端
縁、２４はナノチューブ、２４ａは先端部、２４ｂは基
端部、２４ｃは中間部、２４ｄは融着部、２５はＮＴ
束、２６は増幅器、２７は走査型電子顕微鏡室、２８は
転移直流電源、２９・３０はコーティング膜、Ｂは基端
部長、Ｌは先端部長、ＬＢはレーザービーム、Ｒは高抵
抗、ＳＷはスイッチである。

フロントページの続き (72)発明者原田昭雄大阪府大阪市城東区放出西２丁目７番19 号大研化学工業株式会社内 (56)参考文献特開平６−331309（ＪＰ，Ａ) 特開平９−81977（ＪＰ，Ａ) 特開平10−149760（ＪＰ，Ａ) 特開2000−321292（ＪＰ，Ａ) 特表2000−500905（ＪＰ，Ａ) 特表2000−516708（ＪＰ，Ａ) 米国特許5089742（ＵＳ，Ａ) 米国特許5773921（ＵＳ，Ａ) 国際公開97／18588（ＷＯ，Ａ１) 国際公開98／5920（ＷＯ，Ａ１) 国際公開98／11588（ＷＯ，Ａ１) Ｃｏｌｂｅｒｔ，Ｚｈａｎｇ，ＭｃＣｌｕｒｅ，Ｎｉｋｏｌａｅｖ，Ｃｈｅｎ，Ｈａｆｎｅｒ，Ｏｗｅｎｓ，Ｋｏｔｕｌａ，Ｃａｒｔｅｒ，Ｗｅａｖｅｒ, Ｒｉｎｚｌｅｒ，Ｓｍａｌｌｅｙ，ＧｒｏｕｔｈａｎｄＳｉｎｔｅｒｉｎｇｏｆＦｕｌｌｅｒｅｎｅＮａｎｏｔｕｂｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，1994年11 月18日，Ｖｏｌ．266，ｐｐ．1218− 1222 ＨｏｎｇｊｉｅＤａｉ、ＪａｓｏｎＨ．Ｈａｆｎｅｒ、ＡｎｄｒｅｗＧ．Ｒｉｎｚｌｅｒ、ＤａｎｉｅｌＴ．Ｃｏｌｂｅｒｔ、ＲｉｃｈａｒｄＥ．Ｓｍｌｌｅｙ，”Ｎａｎｏｔｕｂｅｓａｓｎａｎｏｐｒｏｂｅｓｉｎｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，ｍａｔｕｒｅ，英国，Ｍａｃｍｉｌｌａｎ，1996年11月14 日，Ｖｏｌ．384，Ｎｏ．6605，ｐｐ. 147−150 ＳｔａｎｉｓｌａｕｓＳＷｏｎｇ、ＪａｍｅｓＤ．Ｈａｒｐｅｒ、Ｔ．Ｌａｎｓｂｕｒｙ．Ｊｒ．、ＣｈａｒｌｅｓＭ．Ｌｉｅｂｅｒ，”ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＴｉｐｓ：Ｈｉｇｈ−ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＰｒｏｂｅｓｆｏｒＩｍａｇｉｎｇＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，米国，ＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，1998年１月28日，Ｖｏｌ．120, Ｎｏ．３，ｐｐ．603−604 ＫｕｎｉｔｏｓｈｉＹａｍａｍｏｔｏ、ＳｅｉｊｉＡｋｉｔａ、ＹｏｓｈｉｋａｚｕＮａｋａｙａｍａ，”ＲＡＰＩＤＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｕｓｉｎｇａｃｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，英国，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，1998年４月21 日，Ｖｏｌ．31，Ｎｏ．８，ｐｐ．Ｌ34 −Ｌ36 中山喜萬，カーボンナノチューブがＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のチップになった，化学，1999年８月，Ｖｏｌ．53, Ｎｏ．８，ｐｐ．42−47 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/30 G12B 21/00 - 21/24 C01B 31/02 101 G11B 5/127

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子顕微鏡の中で直接観察しながら組み
立てられるプローブであり、ナノチューブ２４と、この
ナノチューブ２４を保持させるホルダー２ａと、前記ナ
ノチューブ２４の基端部２４ｂを基端部長さＢの範囲に
亘って前記ホルダーの表面に電気的接触状態で付着させ
て電子顕微鏡の中で基端部２４ｂ自体を自己変質させて
ホルダー２ａに融着させた融着部２４ｄと、前記ホルダ
ー２ａから突出するように配置されたナノチューブ２４
の先端部２４ａから構成され、この先端部２４ａを探針
とすることを特徴とした表面信号操作用融着プローブ。
【請求項２】電子顕微鏡の中で直接観察しながら組み
立てられるプローブであり、複数本のナノチューブ２４
を一層状に並行して束ねてその中の１本を一番前方に突
出形成したＮＴ束２５と、このＮＴ束２５を保持するホ
ルダー２ａと、前記ＮＴ束２５を構成する各ナノチュー
ブ２４の基端部２４ｂを基端部長さＢの範囲に亘って前
記ホルダーの表面に電気的接触状態で付着させて電子顕
微鏡の中で基端部２４ｂ自体を自己変質させてホルダー
２ａに融着させた融着部２４ｄと、前記ホルダー２ａか
ら突出するように配置された各ナノチューブ２４の先端
部２４ａとから構成され、一番前方に突出した先端部２
４ａを探針とすることを特徴とする表面信号操作用融着
プローブ。
【請求項３】前記ナノチューブ２４の突出した先端部
２４ａの基端部２４ｂに近い中間部２４ｃに電子顕微鏡
の中で電子ビーム照射により生成される炭素物質によっ
て上方から被覆して補強用コーティング膜３０を形成し
た請求項１又は２に記載の表面信号操作用融着プロー
ブ。
【請求項４】探針となるナノチューブ２４を電極に突
出状に付着させる第１工程と、このナノチューブ２４を
突出状に付着させた電極とホルダー２ａを極微接近さ
せ、ナノチューブの先端部２４ａが突出した状態でその
基端部２４ｂを基端部長さＢの範囲に亘って前記ホルダ
ーの表面に電気的接触状態で付着させる第２工程と、ナ
ノチューブ２４とホルダー２ａ間に電流を流して基端部
２４ｂをホルダー２ａに融着させる第３工程からなるこ
とを特徴とする表面信号操作用融着プローブの製造方
法。
【請求項５】探針となるナノチューブ２４を電極に突
出状に付着させる第１工程と、このナノチューブ２４を
突出状に付着させた電極とホルダー２ａを極微接近さ
せ、ナノチューブの先端部２４ａが突出した状態でその
基端部２４ｂを基端部長さＢの範囲に亘って前記ホルダ
ーの表面に電気的接触状態で付着させる第２工程と、電
子ビーム照射によりナノチューブ２４の基端部２４ｂを
ホルダー２ａに融着させる第３工程からなることを特徴
とする表面信号操作用融着プローブの製造方法。
【請求項６】前記第２工程および第３工程を電子顕微
鏡内で実観察しながら操作する請求項４又は５に記載の
表面信号操作用融着プローブの製造方法。
【請求項７】前記第２工程において複数本のナノチュ
ーブを付着させ、しかもその中の１本を一番前方に突出
させたＮＴ束２５とし、前記第３工程においてこのＮＴ
束２５をホルダー２ａに融着させた請求項４又は５に記
載の表面信号操作用融着プローブの製造方法。
【請求項８】前記ナノチューブ２４の突出した先端部
２４ａの基端部２４ｂに近い中間部２４ｃに補強用コー
ティング膜３０を形成する請求項４又は５に記載の表面
信号操作用融着プローブの製造方法。
【請求項９】前記ナノチューブ２４はカーボンナノチ
ューブ、ＢＣＮ系ナノチューブまたはＢＮ系ナノチュー
ブである請求項４ないし８に記載の表面信号操作用融着
プローブの製造方法。