WO2006025447A1 - カンチレバーおよびその利用 - Google Patents

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WO2006025447A1
WO2006025447A1 PCT/JP2005/015903 JP2005015903W WO2006025447A1 WO 2006025447 A1 WO2006025447 A1 WO 2006025447A1 JP 2005015903 W JP2005015903 W JP 2005015903W WO 2006025447 A1 WO2006025447 A1 WO 2006025447A1
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WO
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cantilever
displacement
force
lever
detector
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/015903
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takahiro Furukawa
Kenjiro Kimura
Kei Kobayashi
Hirofumi Yamada
Kazumi Matsushige
Original Assignee
Kyoto University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University filed Critical Kyoto University
Publication of WO2006025447A1 publication Critical patent/WO2006025447A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper

Definitions

  • the present invention relates to a cantilever that can be used in a scanning probe microscope such as a scanning atomic force microscope and a detection device such as a gas sensor, and the use thereof.
  • a scanning probe microscope such as a scanning atomic force microscope
  • a detection device such as a gas sensor
  • the vibration amplitude is reduced and the sensitivity is high.
  • cantilevers that can be measured and their use.
  • AFM atomic force microscope
  • STM scanning tunneling microscope
  • AFM atomic force microscope
  • STM scanning tunneling microscope
  • the operating principle of AFM is to detect the atomic force (repulsive force or attractive force) acting between a minute probe called a cantilever and the sample surface, scan the sample surface so that the force is constant, and draw surface irregularities.
  • Force is detected by the displacement of the cantilever. For example, the back of the cantilever is irradiated with a laser, and the reflected light is incident on a quadrant photodetector to detect the amount of light displacement.
  • Fig. 8 (a) and Fig. 8 (b) show the structure of a typical cantilever used in AFM.
  • the conventional cantilever 500 is composed of a lever portion 50, a support base 52, and a probe 54.
  • the lever portion 50 has a rectangular cantilever structure in which one end 51 is fixed to the support base 52, and the probe 54 is attached to the other end 53 that is not fixed to the support base 52. Is the one that is attached.
  • AFM using this dynamic mode also called DFM (dynamic force microscope) brings the vibrating probe (probe) close to the specimen and brings it close to the specimen very close to the AFM image of the specimen.
  • DFM dynamic force microscope
  • the cantilever is vibrated in the vicinity of the resonance frequency, and the vibration amplitude of the cantilever is detected by, for example, a photodetector using an optical lever method, and a sample-probe generated during scanning of the sample surface.
  • the change in the vibration characteristics of the cantilever due to the interaction force between them is detected, and the two-dimensional scanning is performed while controlling the average distance of the sample surface force at the probe position while keeping these changes constant.
  • By imaging the trajectory it shows the local surface structure of the sample and the physical properties of the surface.
  • the average distance between the cantilever and the probe surface be as close as possible U, It is thought.
  • the average distance between the probe and the sample surface is about half the displacement of the vibration amplitude of the end 53 where the probe 54 is provided. To bring the probe 54 close to the probe 54, the vibration amplitude can be reduced. Therefore, there has been a demand for the development of a technique for making the cantilever probe as close as possible to the sample surface by reducing the vibration amplitude of the cantilever as much as possible.
  • Non-Patent Document 1 reports that high-sensitivity force measurement was performed using a tuning fork-type crystal resonator with a probe having a minute vibration amplitude.
  • Non-Patent Document 1 uses a crystal resonator, the frequency and the spring constant cannot be freely selected, and it is difficult to stably manufacture the probe. There was a problem that there was. For this reason, micro-vibration capable of microfabrication such as silicon There was a need to develop a cantilever for width.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the vibration amplitude of the probe portion, while reducing the displacement of the cantilever to some extent. It is possible to provide a cantilever having a configuration capable of detecting with a vibration amplitude of 5 mm and capable of fine processing and use thereof.
  • the present inventors have newly formed a displacement detection beam structure inside the lever portion of the cantilever.
  • This displacement detection beam structure Resonance structure cantilever with a new resonance mode can be fabricated by the structural resonance of the above, and in the new resonance mode, the beam structure for displacement detection vibrates with a relatively large amplitude, but the tip of the cantilever provided with a probe Because the vibration amplitude of the probe part is small, the probe part can be moved closer to the sample, while the displacement of the beam structure for displacement detection that vibrates with a large amplitude.
  • the present invention includes the following inventions (1) to (10) as industrially useful substances.
  • a cantilever-structured lever portion in which one end portion is fixed to a support base and the other end portion is a free end, and a force generated when approaching a sample is detected.
  • a force detection unit for detecting displacement and a displacement detection unit for detecting displacement wherein the displacement detection unit is configured to vibrate in resonance with the force detection unit, and the cantilever is configured to detect the force detection unit.
  • the force detection unit and the displacement detection unit are arranged independently of each other (separately arranged), and the displacement detection unit is connected to the lever unit via a connection unit.
  • the cantilever according to (1) which is provided in a cantilever structure in which one end is fixed.
  • the vibration amplitude of the displacement detection unit is 2 to 100 times the vibration amplitude of the force detection unit (1 ) Or (2
  • the displacement detection unit is provided with a free end at a direction different from the free end of the lever unit by 180 °, and a longitudinal center axis of the displacement detection unit is a longitudinal direction of the lever unit.
  • the cantilever according to any one of (1) to (3), wherein the cantilever is provided so as to coincide with the center axis.
  • the lever portion has a hollow portion between an end portion fixed to the support base and a free end, and the displacement detection portion is accommodated inside the hollow portion.
  • the cantilever according to any one of to (4).
  • the displacement detection unit is provided perpendicular to the longitudinal direction of the lever unit.
  • the predetermined frequency is substantially the same as the resonance frequency of the cantilever, and is a frequency at which the amplitude of the displacement detector is larger than the amplitude of the force detector in the cantilever.
  • a gas sensor comprising the cantilever according to any one of (1) to (7).
  • FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing a structure of a cantilever according to the present embodiment.
  • FIG. 1 (b) is a view of the cantilever in FIG. 1 (a) observed with a two-dimensional electron microscope.
  • FIG. 1 (c) is a top view of the cantilever of FIG. 1 (a) as viewed from above.
  • FIG. 1 (d) is a side view of the cantilever in FIG. 1 (a) as viewed from the side.
  • FIG. 2 The end of the lever part (circular area indicated by A in the figure) and the displacement detection part (circular area indicated by B in the figure) of the cantilever according to the present embodiment are forced to vibrate by sweeping the frequency. It is a figure which shows the result of having measured the resonance state in the case of.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a resonance state of the cantilever according to the present embodiment at a frequency of 125 kHz.
  • FIG. 3 (b) is a diagram showing a resonance state of the cantilever according to the present embodiment at a frequency of 445 kHz.
  • FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment.
  • FIG. 4 (b) is a top view of the cantilever of FIG. 4 (a) as viewed from above.
  • FIG. 4 (c) is a side view of the cantilever of FIG. 4 (a) as viewed from the side.
  • FIG. 5 (a) is a perspective view schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment.
  • FIG. 5 (b) is a top view of the cantilever of FIG. 5 (a) as viewed from above.
  • FIG. 5 (c) is a front view of the cantilever of FIG.
  • FIG. 6 (a) is a perspective view schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment.
  • FIG. 6 (b) is a top view of the cantilever in FIG. 6 (a) as viewed from above.
  • FIG. 6 (c) is a front view of the cantilever of FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration of a gas sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 8 (a) is a diagram schematically showing the structure of a general cantilever used for AFM.
  • FIG. 8 (b) is a diagram of the cantilever in FIG. 8 (a) observed with an electron microscope. [Explanation of Symbols]
  • the present invention relates to a cantilever that can be used for a scanning probe microscope such as an AFM or a gas sensor, and the use thereof. For this reason, in the following embodiment, the cantilever according to the present invention will be described first, and the usage will be described in the next.
  • the cantilever according to the present invention has a cantilever structure in which one end is fixed to a support base and the other end is a free end, and a force generated when it comes close to the sample is detected. And a displacement detector for detecting displacement, the displacement detector resonates with the force detector and vibrates, and the cantilever When the force detection unit is vibrated, other materials and sizes (length, width, etc.) are acceptable as long as the configuration has a resonance frequency in which the amplitude of the displacement detection unit is larger than the amplitude of the force detection unit.
  • the structure of a conventionally known cantilever that is not particularly limited in terms of thickness and the like can be used as appropriate. That is, any device that can achieve the above-described functions can be included in the present invention.
  • One of the characteristic configurations of the present invention is that the force detection unit and the displacement detection unit are separately arranged, and the displacement detection unit is connected to the lever unit via a connection unit. It has a cantilever structure with one end fixed. With such a configuration, the force detection unit and the displacement detection unit can be separated, and the force detection unit vibrates with a small amplitude, while the displacement detection unit is not affected by phase noise or the like. The displacement of the force detection unit can be measured by vibrating it to a large extent (new resonance mode). In other words, it can be said that the cantilever according to the present invention only needs to have a displacement detection unit so that the above-described new resonance mode is possible.
  • the term “cantilever beam structure” means a fixed end in which one end of a beam ( ⁇ ) structure is fixed to a support member such as a support base, and the like. The other end is a structure that exists as a free end without being fixed to the support member.
  • the term “fixed end” refers to an end portion fixed to a support means such as a support base in a cantilever structure.
  • the term “free end” refers to an end portion of the cantilever structure that is not fixed to a support means such as a support base, and the free end is configured to be able to vibrate.
  • the “force detection unit” is for detecting a force that is generated when approaching the sample.
  • it is a member that is provided at the free end of the cantilever and detects the interaction force between the sample surface and the force detection unit that comes close to the sample and occurs at a close distance.
  • the specific configuration of the force detection unit is not particularly limited, and the configuration of the force detection unit in a conventionally known cantilever can be suitably used. For example, by providing a conventionally known probe at the free end of the lever portion, the probe and the free end of the lever portion function as a force detection unit.
  • the material of the cantilever according to the present invention is preferably a silicon film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like from the viewpoint of fine processing, but is not limited thereto.
  • the shape of the lever portion may be any configuration that can form a displacement detection portion, a probe, and the like, and the specific shape is not particularly limited, but a shape such as a strip shape or a triangle shape may be used. I like it.
  • the shape of the displacement detector is not limited as long as the displacement of the lever can be detected.
  • an optical lever method for displacement detection, an optical lever method, a capacitive displacement meter, a strain gauge, an optical interferometer, etc.
  • the public Since a known measurement technique is used, any shape that can be applied to these may be used. For example, a rectangular shape or a triangular shape is preferable as in the lever portion.
  • the cantilever according to the present invention preferably includes a probe for measuring the interaction force with the sample surface as the force detection unit, but is not limited thereto.
  • a sensor portion for adsorbing a predetermined gas component gas molecule
  • the part where the probe and the sensor unit are provided is not particularly limited, but the free end side is preferable.
  • FIG. 1 (a) is a perspective view schematically showing the structure of a cantilever according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a view of the cantilever of FIG. 1 (a) observed with an electron microscope.
  • Fig. 1 (c) is a top view of the cantilever of Fig. 1 (a) seen from above
  • Fig. 1 (d) shows a side view of the cantilever of Fig. 1 (a) seen from the side.
  • a cantilever 100 includes a lever portion 10, a support base 12, a probe 14, and a displacement detection portion 20.
  • the lever portion 10 has a cantilever structure in which one end portion 11 is fixed to the support base 12, and is not fixed to the fixed end 11 and the support base 12 that are ends fixed to the support base 12. It has a free end 13 that is an end.
  • the probe 14 is provided at the free end 13 of the lever portion 10. In the present embodiment, the probe 14 and the free end 13 of the lever unit 10 function as the force detection unit 15.
  • the lever unit 10, the probe 14, and the displacement detection unit 20 of the cantilever 100 are all made of silicon.
  • the shapes of the lever part 10 and the displacement detection part 20 are both strips.
  • the probe 14 has a conical shape.
  • the probe 14 may be formed by adhering a carbon nanotube to the tip of the lever portion 10 made of a silicon film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film.
  • the probe 14 is used to measure the "force" of the interaction such as the intermolecular force generated between the sample and the probe 14 by scanning the conical tip close to the sample surface. .
  • Lever part 10 The probe 14 and the displacement detector 20 are supported and function as means for transmitting the vibration amplitude to the probe 14.
  • the displacement detector 20 is for detecting a change (displacement) in the vibration characteristics of the cantilever resulting from the interaction force between the sample probes 14 by irradiating the surface with laser light or the like.
  • Examples of the means for detecting the displacement include an optical lever method that irradiates the surface of the displacement detection unit 20 with a laser beam.
  • a hollow portion 30 is provided in a body portion between the end portion 11 and the end portion 13.
  • the shape of the hollow portion 30 is a rectangular shape, and has a structure in which the body of the lever portion 10 is cut out.
  • the displacement detector 20 is provided so as to be accommodated in the cavity 30 and is connected to the end (lever part 10) of the cavity 30 via the connecting part 25 and is provided in a cantilever structure. ing. More specifically, one end 21 of the displacement detection unit 20 is connected to the side facing the end 11 of the lever 10 in the cavity 30 via the connection 25 (the end 11 of the lever 10). It is connected to the end 31 on the far side.
  • both the lever unit 10 and the displacement detection unit 20 have a cantilever structure, and their fixed ends are different in direction by 180 °.
  • the direction of the free end 13 of the lever portion 10 configured to vibrate and the free end 22 of the displacement detection portion 20 are 180 degrees different from each other.
  • the longitudinal central axes of the lever unit 10 and the displacement detection unit 20 are configured to coincide with each other.
  • the thickness of the displacement detection unit 20 is configured to be the same as the thickness of the lever unit 10.
  • the connecting portion 25 is configured such that the width (short direction, width direction) and thickness are thinner or thinner than the width and thickness of the hollow portion 30 and the displacement detecting portion 20, respectively. That is, it can be said that the connecting portion 25 is configured as a hinge structure.
  • the displacement detection unit 20 is provided in a cantilever structure so as to be accommodated in the cavity 30 provided in the lever unit 10 and to be able to vibrate, and the displacement detection unit 20
  • the free end 22 of 20 is configured to be capable of vibration amplitude in a direction 180 ° different from the direction of the free end 13 of the lever part 10 and the longitudinal axis of the displacement detection part 20 and the longitudinal direction of the lever part 10 It is connected to the lever part 10 with a cantilever structure so that the central axis of the direction matches.
  • the cantilever 100 having the above-described structure can be easily manufactured by FIB processing using, for example, a commercially available silicon cantilever. It should be noted that the cantilever manufacturing method is not particularly limited because it can suitably utilize a conventionally known microfabrication technique.
  • the cantilever 100 configured as described above has two different cantilever structures, that is, the lever unit 10 and the displacement detection unit 20.
  • the cantilever 100 vibrates the detection part 15
  • the cantilever 100 has a resonance frequency at which the displacement detection part 20 connected to the lever part 10 also vibrates.
  • the cantilever 100 When the cantilever 100 is vibrated at the resonance frequency of the new resonance mode described above, the amplitude of the detection unit 15 is very small, but the amplitude of the displacement detection unit 20 is sufficiently large. The change is sufficiently large to be detected.
  • the vibration amplitude of the displacement detection unit 20 is twice to 100 times larger than the vibration amplitude in the force detection unit 15, and more preferably 100 times or more. Is preferred. Thus, when the displacement detection unit 20 has a vibration amplitude larger than the vibration amplitude in the force detection unit 15, the object of the present invention can be achieved more reliably.
  • FIGS. 2, 3 (a), and 3 (b) The case where the above cantilever is vibrated at a predetermined resonance frequency will be specifically described with reference to FIGS. 2, 3 (a), and 3 (b).
  • Fig. 2 shows the force detection unit 15 (circular area indicated by A in the figure) in the cantilever 100 and the free end 22 (circular area indicated by B in the figure) of the displacement detection part 20 forcibly oscillated by sweeping the frequency. It is a figure which shows the result of having measured the vibration amplitude in the case.
  • Fig. 3 (a) is a diagram showing the resonance state of the cantilever 100 when the frequency is 125 kHz
  • Fig. 3 (b) is a diagram showing the resonance state of the cantilever 100 when the frequency is 445 kHz.
  • the free end 22 of the displacement detection unit 20 has a large amplitude.
  • the amplitude of the force detection unit 15 is very small (new resonance mode).
  • This new resonance mode state is shown schematically in Fig. 3 (b). From the simulation results by the finite element method, when the cantilever 100 is vibrated at a resonance frequency of 445 kHz, the vibration amplitude of the displacement detector 20 is the same as that at the force detector 15 (free end). It can be seen that the amplitude is more than 100 times the vibration amplitude.
  • the force detector 15 can be vibrated by a minute amplitude by vibrating at a predetermined resonance frequency that can achieve the new resonance mode.
  • the free end 22 of the detection unit 20 can be made to have a large amplitude.
  • the amplitude of the free end of the displacement detector 20 can be configured to be larger than the amplitude of the force detector 15. For this reason, for example, when the cantilever 100 is used in the dynamic mode AFM, the probe 14 can be brought as close as possible to the sample surface, so that highly accurate measurement can be performed.
  • a vibration type force detection method that is, a dynamic mode force detection method.
  • the cantilever supporting the probe is vibrated at the resonance point, and the resonance point shifted with respect to the external forcing force is measured to detect the probe.
  • a method that detects weak force acting on the needle is generally used.
  • FM modulation method if the vibration amplitude of the cantilever is small, the phase of the detection signal in the FM modulation method is reduced. Noise increases and high sensitivity detection becomes difficult.
  • the free end 22 of the displacement detector 2 can be vibrated greatly. Further, the vibration amplitude of the displacement detection unit 20 resonates with the vibration amplitude of the force detection unit 15 and fulfills a function of amplifying the minute amplitude of the force detection unit 15. For this reason, for example, when the cantilever 100 is used in the dynamic mode AFM, by measuring the displacement amount of the vibration amplitude of the displacement detector 20, the sample and The 'force' acting with the probe 14 can be measured (detected) with high sensitivity by reducing the influence of phase noise and the like.
  • the vibration amplitude of the probe 14 portion approaching the sample surface can be made minute and the mutual interaction with the sample can be reduced.
  • the large vibration amplitude of the displacement detector 20 can be used to detect the displacement of the lever 10 caused by the acting force. This makes it possible to bring the probe closer to the sample and to measure the amplitude change of the displacement detector that vibrates with a large amplitude, compared to the cantilever used in the conventional dynamic mode AFM or the like. Therefore, displacement detection is easy and accurate, and highly sensitive force measurement is possible.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (c) The other configuration of the cantilever according to the present invention will be described as follows based on FIGS. 4 (a) to 4 (c).
  • components having the same functions as the components in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted. That is, here, differences from the first embodiment will be described.
  • FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment
  • FIG. 4 (b) is a top view of the cantilever in FIG. 4 (a) as viewed from above.
  • FIG. 4 (c) is a side view of the cantilever of FIG. 4 (a) as viewed from the side.
  • the cantilever 100 includes a lever portion 10, a support base 12, a probe 14, and a displacement detection portion 20 ′.
  • the lever portion 10 is provided with a hollow portion 30 ′ in the body portion between the fixed end 11 and the free end 13.
  • the hollow portion 30 ′ is provided from the fixed end 11 of the lever portion 10 to the vicinity of the tip of the free end 13.
  • the displacement detector 20 ' is provided so as to be accommodated in the cavity 30', and is connected to the end of the cavity 30 'via the connection 25', and has a so-called cantilever structure. Is provided.
  • the displacement detection unit 20 ′ is configured to substantially match the shape of the cavity 30 ′.
  • one end 21 'of the displacement detector 20' is connected to the side facing the fixed end 11 of the lever 10 in the cavity 30 '(the lever) via the connection 25'. Connected with the end 31 'on the far side (from the fixed end 11 of 10)! [0063] That is, both the lever unit 10 and the displacement detection unit 20 'have a cantilever structure, and the directions of the force fixing ends are different by 180 °. In other words, the direction of the free end 13 of the lever portion 10 configured to vibrate and the free end 22 'of the displacement detector 20' are exactly 180 ° different.
  • the longitudinal center axes of the lever portion 10 and the displacement detection portion 20 ′ are configured to coincide with each other.
  • the thickness of the connecting portion 25 ' is configured to be thinner than the thickness of the hollow portion 30' and the displacement detecting portion 20 '.
  • the connecting portion 25 ′ is formed by cutting the thickness to half the thickness of the lever portion 10. Since it can be said that the connecting portion 25 ′ is configured as a hinge structure, the position of the connecting portion 25 ′ in the displacement detecting portion 20 ′ is at one end as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c). It can be placed in any position between both ends 21 'and 22', though it may be in contact with 21 '.
  • the cavity 30 ′ and The size of the cavity 30 and the displacement detector 20 ′ is different from that of the displacement detector 20, and the shapes of the connecting portion 25 ′ and the connecting portion 25 are different.
  • the cantilever 100 configured as shown in Figs. 4 (a) to 4 (c) also has the above-described new resonance mode. That is, in the cantilever 100 ′, when the force detection unit 15 is minutely vibrated at a predetermined resonance frequency, the vibration amplitude of the free end 22 ′ of the displacement detection unit 20 ′ increases. Therefore, since the vibration amplitude of the force detector 15 can be made as small as possible, the probe can be brought as close to the sample surface as possible, and highly sensitive detection is possible. Furthermore, since the vibration amplitude of the displacement detector 20 ′ is large, it is possible to reliably detect the displacement generated in the vibration characteristics of the cantilever 100 ′ by the interaction force generated between the probe 14 sample.
  • the cantilever 100 having the above-described structure can also be easily manufactured by, for example, a FIB cage using a commercially available silicon cantilever.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (c) The other configuration of the cantilever according to the present invention will be described as follows based on FIGS. 5 (a) to 5 (c).
  • the same reference numerals are given to the constituent elements having the same functions as those in the first and second embodiments, and the description thereof is omitted. The That is, here, differences from the first and second embodiments will be described.
  • FIG. 5 (a) is a diagram schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment
  • FIG. 5 (b) is a top view of the cantilever of FIG. 5 (a) as viewed from above.
  • FIG. 5 (c) is a front view of the cantilever of FIG. 5 (a) as viewed from the free end side of the lever portion.
  • the displacement detector 20 is arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the lever part 10. Is provided.
  • the displacement detection unit 20 " is provided in a cantilever structure on the lever unit 10 via a connection unit 25".
  • the connecting portion 25 is formed thinner than the displacement detecting portion 20" and thinner than the displacement detecting portion 20 ". More specifically, the connecting portion 25" is thinner than the displacement detecting portion 20 ".
  • the connecting portion 25 is connected to the lower half of the displacement detecting portion 20".
  • the inside of the lever portion is cut out to provide a hollow portion, and the displacement detecting portion is provided there.
  • the displacement detecting portion is provided.
  • the part 20 is newly added to the lever part 10.
  • the position where the displacement detector 20 "is provided is a resonance frequency at which the displacement detector 20" vibrates with an amplitude larger than the amplitude of the force detector 15 when the force detector 15 vibrates with a minute amplitude.
  • the specific configuration is not particularly limited as long as it is provided at such a position.
  • the cantilever 100 has the above-described new resonance mode.
  • the force detection unit 15 when the force detection unit 15 is vibrated minutely at a predetermined resonance frequency, the displacement detection unit 20 The vibration amplitude at the free end of “is increased. Therefore, since the vibration amplitude of the force detector 15 can be made as small as possible, the probe 14 can be brought as close as possible to the sample surface, and highly sensitive detection is possible. Further, since the vibration amplitude of the displacement detector 20 "is large, it is possible to reliably detect the displacement generated in the vibration characteristics of the cantilever 100" by the interaction force generated between the probe 14 and the sample.
  • Fig. 6 (a) is a diagram schematically showing the structure of another cantilever according to the present embodiment
  • Fig. 6 (b) is a top view of the cantilever of Fig. 6 (a) as viewed from above
  • FIG. 6 (c) is a front view of the cantilever of FIG. 6 (a) as viewed from the free end side of the lever portion.
  • the cantilever 100 "according to the present embodiment has a displacement detection unit 20" in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the lever unit 10. ⁇ 20 "is provided. Displacement detector 20" ⁇ 20 “is provided so as to face each other with the lever 10 in between. That is, the displacement detector 20" ⁇ 20 " The lever portion 10 is provided symmetrically.
  • the cantilever 100 ′′ has a new resonance mode. That is, the cantilever 100 ′′ is a displacement detection unit 20 ′′ when the force detection unit 15 is vibrated slightly at a predetermined resonance frequency. ⁇ 20 "is configured to vibrate greater than the amplitude of force detector 15.
  • the cantilever according to the present invention has an excellent function and effect by having the unique configuration as described above, the cantilever can be used as follows.
  • the cantilever according to the present invention can be used in a scanning probe microscope.
  • the scanning probe microscope according to the present invention includes the above-described cantilever according to the present invention, a vibration unit that vibrates the cantilever at a predetermined frequency, and a detection unit that detects a vibration amplitude or phase of a displacement detection unit included in the cantilever.
  • Other specific configurations that have the above are not particularly limited.
  • the specific configuration of the vibrating means is not particularly limited as long as the vibrating means can vibrate the cantilever at a predetermined frequency.
  • a resonance circuit system may be configured by an internal circuit network without using an external oscillator, and this may be used.
  • Any other detection means may be used as long as it can detect the amount of change in the vibration characteristics of the cantilever by the interaction force generated between the cantilever probe and the sample.
  • a specific configuration or the like is not particularly limited.
  • semiconductor laser A normal optical lever type equipped with a position detector and a force detection circuit can be suitably used.
  • measurement may be performed using other known measurement techniques such as a capacitance displacement meter, a strain gauge, and an optical interferometer.
  • the “predetermined frequency” is substantially the same frequency as the resonance frequency of the cantilever, and the displacement is larger than the free end of the lever portion of the cantilever, that is, the amplitude of the force detection portion. It is preferable that the frequency is such that the amplitude of the detection unit becomes larger. In other words, the vibration amplitude of the force detection unit provided with the probe in the cantilever is very small, but the vibration amplitude of the displacement detection unit is approximately equal to the resonance frequency at which the displacement of the vibration characteristic of the cantilever can be detected. The same frequency is preferred.
  • a configuration of a conventionally known scanning probe microscope can be preferably used.
  • a sample stage for placing a sample a probe scanning means for moving the probe two-dimensionally in a direction along the sample surface, and a probe moving in a direction toward or away from the sample surface
  • Conventionally known techniques can be applied to the probe moving means and the probe position detecting means for detecting the position of the probe.
  • Examples of the "scanning probe microscope” include AFM and scanning tunneling microscope. In particular, dynamic mode AFM is preferable.
  • the cantilever according to the present invention can also be used in, for example, a gas sensor.
  • a sensor unit that adsorbs gas components (gas molecules) is attached to the free end portion of the cantilever according to the present invention.
  • gas component gas molecule
  • the resonance frequency of the cantilever changes due to the interaction between the sensor unit and the gas component.
  • the gas sensor 300 includes eight cantilevers 100, 100, and a support base 12.
  • the free end 13 of the cantilever 100 is provided with a sensor unit 301 that adsorbs a predetermined gas component (gas molecule).
  • the eight cantilevers 100,... are provided with sensor portions 301 that adsorb different gas components.
  • the displacement detection unit since the displacement detection unit has a resonance frequency with the lever having the probe and amplifies the vibration amplitude of the probe part, the vibration of the probe part approaching the sample surface is provided. While the amplitude can be reduced, a large vibration amplitude can be used to detect the displacement of the lever. This makes it possible to bring the probe closer to the sample than cantilevers used in conventional dynamic mode AFMs and the like.
  • displacement detection since the change in amplitude of the displacement detector that vibrates with a relatively large amplitude can be measured, displacement detection can be performed easily, the influence of noise can be reduced, and highly sensitive force measurement is possible. There is an effect that.
  • the scanning probe microscope and the gas sensor using the cantilever according to the present invention can also achieve high sensitivity.
  • the cantilever is used in local surface analysis, electronic physical property analysis, mainly a scanning probe microscope, and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) which is a minute functional element. Industrial applicability is considered.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the present invention does not require a complicated apparatus configuration, the utility value in the nanotechnology field is extremely high.
  • research on gas sensors using cantilevers and DNA analysis technology is actively underway, so there is potential for use in bio-related industries (including food, pharmaceuticals, and the environment).

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Abstract

　一方の端部（１１）が支持台（１２）に固定されており、もう一方の端部（１３）が自由端である片持ち梁構造のレバー部（１０）と、レバー部（１０）の自由端（１３）に力検出部（１５）と、変位を検出するための変位検出部（２０）と、を備えており、変位検出部（２０）は、力検出部（１５）と共振して振動する構造であり、力検出部（１５）を振動させた場合、変位検出部（２０）の振幅が力検出部（１５）の振幅に比べて大きくなる共振周波数を有するカンチレバー（１００）によれば、探針部分の振動振幅を微小にすることが可能である一方、カンチレバーの変位をある程度の大きさの振動振幅で検出することができる。

Description

明 細 書
カンチレバーおよびその利用
技術分野
[0001] 本発明は、走査型原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡やガスセンサ等の 検出機器に利用可能なカンチレバーおよびその利用に関するものであり、特に、振 動振幅を小さくし、高感度な測定を可能としたカンチレバーおよびその利用に関する ものである。
背景技術
[0002] 原子間力顕微鏡 (AFM)、走査型トンネル顕微鏡 (STM)に代表される走査型プロ ーブ顕微鏡は、試料表面の微細な形状を観察することができることから広く普及して いる。 AFMの動作原理は、カンチレバーと呼ばれる微小な探針と試料表面間に働く 原子間力（斥力あるいは引力）を検出し、その力が一定になるように試料表面を走査 し、表面凹凸を描き出すというものである。 "力"は、カンチレバーの変位で検出する。 例えば、カンチレバー背面にレーザを照射し、反射光を 4分割のフォトディテクタに入 射させ、光の変位量として検出する。
[0003] AFMに用いられる一般的なカンチレバーの構造を図 8 (a) ,図 8 (b)に示す。同図 に示すように、従来のカンチレバー 500は、レバー部 50、支持台 52、探針 54から構 成される。レバー部 50は、その一方の端部 51が支持台 52に固定ィ匕された短冊形の 片持ち梁構造であり、支持台 52に固定化されていないもう一方の端部 53に探針 54 を装着したものである。
[0004] また、上述のようなカンチレバーの形状を工夫することによって高感度化を達成でき ることが知られている。例えば、特許文献 1には、支持台からレバー部が片持ち梁式 に延びており、該レバー部の基部にくびれ部を形成し、該くびれ部に対応するレバ 一部上に、例えば U字状の抵抗層からなる変位検出器を構成したカンチレバーが開 示されている。この発明によれば、前記レバー部の先端に設けられたチップ (探針） に小さな力が働いても前記レバー部はたわみを生ずるので、高感度の力変位センサ 付カンチレバーを提供することができるようになると報告されている。 [0005] ところで、 AFM等の走査型プローブ顕微鏡における測定手法としては試料と探針 とが静的に接触した状態で観察するコンタクモードと試料と探針とが周期的接触する 状態または非接触状態で観察するダイナミックモードの 2種類が知られている。
[0006] このダイナミックモードを用いた AFMは、 DFM (dynamic force microscope)とも称さ れ、振動する探針 (プローブ)を試料上方力も接近させ、試料に極めて近い位置に接 近させ、試料の AFM像を得る技術として提唱されたものである。具体的には、カンチ レバーを共振振動数の近傍で振動させ、カンチレバーの振動振幅を、例えば、光て こ方式を利用してフォトディテクタで検出し、試料表面を走査中に発生する試料 -探 針間の相互作用力に由来するカンチレバーの振動特性の変化分を検出し、これらの 変化量を一定に保ちながら探針位置の試料表面力 の平均距離を制御しながら二 次元的に走査し、その軌跡を画像化することで、サンプルの局所的な表面構造や表 面の物理ィ匕学的特性を示すものである。
[0007] 上述のカンチレバーを用いたダイナミックモード AFMにおける"力"計測の高感度 化のためには、カンチレバーの探針の試料表面との平均距離を可能な限り接近させ ることが好ま U、と考えられて 、る。上述した従来のカンチレバー 500のような構成で は、探針の試料表面との平均距離は、探針 54が設けられている端部 53の振動振幅 の変位量の半分程度の距離であり、試料と探針 54とを接近させるには、振動振幅を 小さくすればよい。したがって、カンチレバーの振動振幅をできる限り小さくして、カン チレバーの探針を試料表面に可能な限り接近させる技術の開発が求められていた。
[0008] 例えば、非特許文献 1には、音叉型水晶振動子を用いて探針を微小に振動振幅さ せて高感度な力計測を行った報告がある。
〔特許文献 1〕
特開平 9 - 304409号公報 (公開日：平成 9年（1997) 11月 28日）
〔非特許文献 1〕
Franz J. Giessibl, Appl. Phys. Lett. 76, 1470 (2000)
し力しながら、上記非特許文献 1に開示の技術では、水晶振動子を用いているため 、周波数やばね定数を自由に選ぶことはできず、また探針を安定に作製することが 困難であるという問題点があった。このため、シリコン等の微細加工が可能な微小振 幅用カンチレバーの開発が求められていた。
[0009] さらに、カンチレバーの振動振幅を小さくする場合、 FM変調方式 (FM検出法）に おける検出信号の位相ノイズが増加し、高感度の検出が困難になるという問題点が 発生する。したがって、上記位相ノイズの低減のためには、振動振幅を大きくすること が望ましいといえる。
[0010] このように、検出感度を向上させるためには、探針を試料表面に対して可能な限り 接近させるため、探針部分の振動振幅を可能な限り小さくする必要がある一方で、探 針 試料間に発生する相互作用力によってカンチレバーの振動特性に生じる変化 を確実に検出するためには、カンチレバーの振動振幅をある程度の大きさに維持す る必要があると 、う相反する問題が存在して ヽた。
発明の開示
[0011] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、探針部分の振 動振幅を微小にすることが可能である一方、カンチレバーの変位をある程度の大きさ の振動振幅で検出することができ、かつ微細加工も可能な構成のカンチレバーおよ びその利用を提供することにある。
[0012] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、カンチレバーのレ バー部分の内側に新たに変位検出用の梁構造を形成したところ、この変位検出用の 梁構造の構造共振により、新規な共振モードを有する共振構造カンチレバーが作製 できること、そして、新規な共振モードでは、変位検出用の梁構造は比較的大きな振 幅で振動するが、探針を設けたカンチレバー先端部では非常に微小な振動となるこ と等から、探針部分の振動振幅が小さいため、探針を試料に接近させることができる 一方で、大きな振幅で振動する変位検出用の梁構造の動きを測定することにより変 位検出を容易に行えることを見出し、本願発明を完成させるに至った。すなわち、本 発明は、産業上有用な物質として、以下の発明（1)〜（10)を包含する。
[0013] (1)一方の端部が支持台に固定されており、もう一方の端部が自由端である片持ち 梁構造のレバー部と、試料と近接した際に発生する力を検出するための力検出部と 、変位を検出するための変位検出部と、を備えており、上記変位検出部は、上記力 検出部と共振して振動する構造であり、上記カンチレバーは、上記力検出部を振動 させた場合、上記変位検出部の振幅が上記力検出部の振幅に比べて大きくなる共 振周波数を有するカンチレバー。
[0014] (2)上記力検出部と変位検出部とは、それぞれ独立して配置されており（別々に配 置されており）、上記変位検出部は、上記レバー部に接続部を介して、一端が固定さ れた片持ち梁構造で設けられている（1)に記載のカンチレバー。
[0015] (3)上記共振周波数にて上記力検出部を振動振幅させた場合、上記変位検出部 の振動振幅は、上記力検出部の振動振幅の 2〜100倍の大きさである（1)または（2
)に記載のカンチレバー。
[0016] (4)上記変位検出部は、その自由端が上記レバー部の自由端と 180° 異なった向 きに設けられており、かつ、その長手方向の中心軸が上記レバー部の長手方向の中 心軸と一致するように設けられて 、る（1)〜（3)の 、ずれかに記載のカンチレバー。
[0017] (5)上記レバー部は、上記支持台に固定された端部と自由端との間に空洞部を有 しており、上記変位検出部は、上記空洞部の内部に収まるように設けられている（1)
〜（4)の 、ずれかに記載のカンチレバー。
[0018] (6)上記変位検出部は、上記レバー部の長手方向に対して垂直に設けられている
(1)〜（3)の!、ずれかに記載のカンチレバー。
[0019] (7)上記変位検出部は、上記レバー部を挟んで、対向するように、複数個設けられ て 、る (6)に記載のカンチレバー。
[0020] (8) (1)〜（7)のいずれかに記載のカンチレバーと、上記カンチレバーを所定の周 波数にて振動させる振動手段と、上記カンチレバーが有する変位検出部の振動振 幅を検出する検出手段と、を備える走査型プローブ顕微鏡。
[0021] (9)上記所定の周波数は、上記カンチレバーが有する共振周波数と略同じ周波数 であって、上記カンチレバーにおける力検出部の振幅に比べて、上記変位検出部の 振幅がより大きくなる周波数である走査型プローブ顕微鏡。
[0022] (10) (1)〜（7)のいずれかに記載のカンチレバーを備えることを特徴とするガスセ ンサ。
[0023] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十 分わ力るであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白にな るであろう。
図面の簡単な説明
[図 1(a)]本実施形態に係るカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図である。
[図 1(b)]図 1 (a)のカンチレバーを 2次元電子顕微鏡にて観察した図である。
[図 1(c)]図 1 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図である。
[図 1(d)]図 1 (a)のカンチレバーを側面から見た側面図である。
[図 2]本実施の形態に係るカンチレバーにおけるレバー部の端部（図中 Aで示す円 領域)と変位検出部（図中 Bで示す円領域)とを、周波数を掃引して強制振動させた 場合の共振状態を計測した結果を示す図である。
[図 3(a)]周波数 125kHzにおける、本実施の形態に係るカンチレバーの共振状態を 示す図である。
[図 3(b)]周波数 445kHzにおける、本実施の形態に係るカンチレバーの共振状態を 示す図である。
[図 4(a)]本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図である
[図 4(b)]図 4 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図である。
[図 4(c)]図 4 (a)のカンチレバーを側面から見た側面図である。
[図 5(a)]本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図である
[図 5(b)]図 5 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図である。
[図 5(c)]図 5 (a)のカンチレバーをレバー部の自由端側力も見た正面図である。
[図 6(a)]本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図である
[図 6(b)]図 6 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図である。
[図 6(c)]図 6 (a)のカンチレバーをレバー部の自由端側力も見た正面図である。
[図 7]本実施の形態に係るガスセンサの構成を模式的に示す斜視図である。
[図 8(a)]AFMに用いられる一般的なカンチレバーの構造を模式的に示す図である。
[図 8(b)]図 8 (a)のカンチレバーを電子顕微鏡にて観察した図である。 [0025] 〔符号の説明〕
10 レバー部
11 レバー部の固定端
12 支持台
13 レバー部の自由端
14 探針
15 力検出部
20, 20' , 20" 変位検出部
22, 22' , 22" 変位検出部の自由端
25, 25' , 25" 接続部
30, 30' 空洞部
100, 100，， 100" カンチレノ ー
300 ガスセンサ
発明を実施するための最良の形態
[0026] 本発明は、 AFM等の走査型プローブ顕微鏡やガスセンサに利用可能なカンチレ バーおよびその利用に関するものである。このため、以下の実施形態では、まず本発 明に係るカンチレバーにっ 、て説明し、次 、でその利用法にっ 、て記載することと する。
[0027] < 1.本発明に係るカンチレバー >
本発明に係るカンチレバーは、一方の端部が支持台に固定されており、もう一方の 端部が自由端である片持ち梁構造のレバー部と、試料と近接した際に発生する力を 検出するための力検出部と、変位を検出するための変位検出部と、を備えており、上 記変位検出部は、上記力検出部と共振して振動する構造であり、上記カンチレバー は、上記力検出部を振動させた場合、上記変位検出部の振幅が上記力検出部の振 幅に比べて大きくなる共振周波数を有する構成であればよぐその他の材質、大きさ (長さ、幅、厚み等）、形状等は特に限定されるものではなぐ従来公知のカンチレバ 一の構成を適宜利用可能である。つまり、上述の機能を達成できるものであれば、本 願発明に含まれ得る。 [0028] 本発明の特徴的な構成の一つは、上記力検出部と変位検出部とは、別々に配置さ れており、上記変位検出部は、上記レバー部に接続部を介して、一端が固定された 片持ち梁構造で設けられていることである。このような構成であれば、力検出部と変 位検出部とを分離することができ、力検出部は微小振幅で振動させ、その一方で変 位検出部を位相ノイズ等の影響を受けない程度に大きく振動させて、力検出部の変 位を計測することができる (新共振モード)。つまり、本発明に係るカンチレバーは、上 述の新共振モードが可能なように、変位検出部を備える構成であればよいと換言で きる。
[0029] ここで、本発明で 、う文言「片持ち梁構造」とは、梁 (竿)構造の一方の端部が支持 台等の支持部材に固定化されている固定端であり、その他方の端部は支持部材に 固定化されることなぐ自由端として存在する構成のことである。また、文言「固定端」 とは、片持ち梁構造における、支持台等の支持手段に固定されている端部のことを いう。一方、文言「自由端」とは、片持ち梁構造における、支持台等の支持手段に固 定されていない端部のことをいい、この自由端は振動可能に構成されている。
[0030] また、「力検出部」とは、試料と近接した際に発生する力を検出するためのものであ る。すなわち、カンチレバーの自由端に設けられており、試料と接近し、近接距離に おいて生じる試料表面と力検出部との間の相互作用力を検出するための部材である 。この力検出部の具体的な構成も特に限定されるものではなぐ従来公知のカンチレ バーにおける力検出部の構成を好適に利用可能である。例えば、従来公知の探針 をレバー部の自由端に設けることにより、この探針とレバー部の自由端とが、力検出 部として機能する。
[0031] 本発明に係るカンチレバーの材質としては、微細加工の点から、シリコン膜、シリコ ン窒化膜あるいはシリコン酸ィ匕膜等が好ましいが、これに限られるものではない。
[0032] レバー部の形状は、変位検出部や探針等を形成することができる構成であればよく 、具体的な形状は特に限定されるものではないが、短冊形や三角形等の形状が好ま しい。
[0033] 変位検出部の形状は、レバー部の変位を検出することができる構成であればよぐ 変位検出のためには、光てこ方式や容量変位計、歪みゲージ、光干渉計等、他の公 知の測定技術を用いることになるため、これらの適用が可能な形状であればよい。例 えば、レバー部と同様に短冊形や三角形等の形状が好ましい。
[0034] なお、本発明に係るカンチレバーは、その力検出部として、試料表面との相互作用 力を計測するための探針を備えることが好ましいが、これに限定されるものではなぐ 例えば、後述するように探針の代わりに所定のガス成分 (ガス分子）が吸着するセン サ部を備えていてもよぐ特に限定されるものではない。また、本発明に係るカンチレ バーにおいて探針やセンサ部を設ける部位は、特に限定されるものではないが、自 由端側が好ましい。
[0035] 力かる本発明に係るカンチレバーの具体的な構成について、以下、図面を用いて 説明する。
[0036] 〔実施の形態 1〕
図 1 (a)は、本実施の一形態に係るカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図で あり、図 1 (b)は図 1 (a)のカンチレバーを電子顕微鏡にて観察した図であり、図 1 (c) は図 1 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図であり、図 1 (d)は図 1 (a)のカンチ レバーを側面から見た側面図を示す。
[0037] 図 1に示すように、本実施形態に係るカンチレバー 100は、レバー部 10、支持台 12 、探針 14、変位検出部 20を備えている。レバー部 10は、一方の端部 11が支持台 12 に固定されている片持ち梁構造であり、支持台 12に固定されている端部である固定 端 11、支持台 12に固定されていない端部である自由端 13を備える。探針 14は、レ バー部 10の自由端 13に設けられている。なお、本実施の形態では、探針 14および レバー部 10の自由端 13が、力検出部 15として機能する。
[0038] 本実施の形態では、カンチレバー 100のレバー部 10、探針 14、変位検出部 20は 、ともにシリコン製である。レバー部 10、変位検出部 20の形状は、ともに短冊形であ る。探針 14は、円錐形状である。なお、探針 14は、シリコン膜、シリコン窒化膜あるい はシリコン酸ィ匕膜で作ったレバー部 10の先端に、カーボンナノチューブを接着して 探針 14としてもよい。
[0039] 探針 14は、その円錐状の先端を試料表面に近接させて走査し、試料-探針 14間 に生じる分子間力等の相互作用の"力"を計測するためのものである。レバー部 10は 、探針 14および変位検出部 20を支持するものであって、探針 14に対して振動振幅 を伝達する手段としても機能する。変位検出部 20は、その表面にレーザ光等の照射 を受け、試料 探針 14間の相互作用力に由来するカンチレバーの振動特性の変化 分 (変位)を検出するためのものである。変位を検出する手段としては、例えば、変位 検出部 20の表面にレーザ光の照射を行う光てこ方式等が挙げられる。
[0040] レバー部 10には、端部 11と端部 13との間の胴体部分に、空洞部 30が設けられて いる。空洞部 30の形状は、短冊形であり、ちょうどレバー部 10の胴体をくり抜いた構 造となっている。
[0041] 変位検出部 20は、空洞部 30内部に収まるように設けられており、接続部 25を介し て空洞部 30の端部（レバー部 10)と連結されて片持ち梁構造で設けられている。より 詳細には、変位検出部 20の一方の端部 21が、接続部 25を介して、空洞部 30にお ける、レバー部 10の端部 11と対向する側（レバー部 10の端部 11から遠い側）の端部 31と連結されている。
[0042] すなわち、レバー部 10および変位検出部 20はともに片持ち梁構造である力 その 固定されている固定端の向きが 180° 異なっている。換言すれば、振動可能なように 構成されているレバー部 10の自由端 13と変位検出部 20の自由端 22との向きはちよ うど 180° 異なっている。しかし、レバー部 10と変位検出部 20におけるの長手方向 の中心軸は互 、に一致するように構成されて 、る。
[0043] また、変位検出部 20の厚みは、レバー部 10の厚みと同じ厚みに構成されている。
接続部 25は、幅 (短手方向、幅方向）および厚みは空洞部 30や変位検出部 20の幅 および厚みに比べてそれぞれ細くまたは薄くなるように構成されている。つまり、接続 部 25は、ヒンジ構造として構成されているといえる。
[0044] すなわち、変位検出部 20は、レバー部 10に設けられた空洞部 30の内部に収まる ように、かつ振動可能なように、片持ち梁構造で設けられており、また、変位検出部 2 0の自由端 22は、レバー部 10の自由端 13の向きと 180° 異なる向きで振動振幅可 能なように構成され、かつ変位検出部 20の長手方向の中心軸とレバー部 10の長手 方向の中心軸とがー致するように、レバー部 10と片持ち梁構造にて連結されて 、る [0045] 上述した構造のカンチレバー 100は、例えば、巿販のシリコン製カンチレバーを用 いて、 FIB加工により容易に製造することができる。カンチレバーの製造方法も従来 公知の微細加工技術を好適に利用することができ、特に限定されるものではないこと を念のため付言しておく。
[0046] 上述のような構成のカンチレバー 100は、レバー部 10および変位検出部 20という、 2つの異なる片持ち梁構造を有することになる。この場合、カンチレバー 100は、カ検 出部 15を振動させると、レバー部 10と接続して設けられている変位検出部 20も振動 する共振周波数を有する。
[0047] この共振周波数には、力検出部 15を大きく振動させた場合、変位検出部 20の自 由端 22も大きく振動する周波数（1次共振モード)と、力検出部 15を微小に振動させ た場合、変位検出部 20の自由端 22が大きく振動する周波数 (新共振モード)とが存 在する。つまり、新共振モードでは、自由端 22を大きく振動させても、力検出部 15の 振動振幅は微小となる。
[0048] 上述の新共振モードの共振周波数にてカンチレバー 100を振動させる場合、カ検 出部 15の振幅は微小振幅であるが、変位検出部 20の振幅は十分大きぐカンチレ バー 100の振動特性の変化が十分検出できる程度の大きさとなる。
[0049] このとき、変位検出部 20の振動振幅が、力検出部 15における振動振幅の 2倍〜 1 00倍の大きさになることが好ましぐより好適には、 100倍以上の大きさが好ましい。 このように、変位検出部 20が、その振動振幅が力検出部 15における振動振幅より大 きくなる場合、本発明の目的をより確実に達成することができる。
[0050] 上記のカンチレバーを所定の共振周波数にて振動させる場合について、具体的に 図 2、図 3 (a)、図 3 (b)を用いて説明する。図 2は、カンチレバー 100における力検出 部 15 (図中 Aで示す円領域)と変位検出部 20の自由端 22 (図中 Bで示す円領域)と を、周波数を掃引して強制振動させた場合の振動振幅を計測した結果を示す図であ る。図 3 (a)は、周波数 125kHzの場合のカンチレバー 100の共振状態を示す図であ り、図 3 (b)は周波数 445kHzの場合のカンチレバー 100の共振状態を示す図である
[0051] 図 2に示すように、周波数が 125kHz付近では、力検出部 15および変位検出部 20 の自由端 22のいずれも大きく振動振幅する共振状態であることがわ力る（1次共振モ 一ド)。このときのカンチレバー 100の振幅状態を模式的に示すと、図 3 (a)に示すよ うに、力検出部 15も、変位検出部 20の自由端 22も、ともに大きく振幅する。
[0052] 一方、周波数力 45kHz付近では、変位検出部 20の自由端 22は大きく振幅する 力 力検出部 15の振幅は、非常に微小である (新共振モード)。この新共振モード状 態を模式的に図に示すと、図 3 (b)のようになる。なお、有限要素法によるシミュレ一 シヨン計算の結果から、周波数 445kHzの共振周波数にて、カンチレバー 100を振 動振幅させた場合、変位検出部 20の振動振幅は、力検出部 15 (自由端）における 振動振幅の 100倍以上の大きさとなることがわかる。
[0053] 上述したような構成を有するカンチレバー 100によれば、新共振モードを達成でき る所定の共振周波数にて振動させることにより、力検出部 15は微小振幅振動させる ことができる一方で、変位検出部 20の自由端 22は大きく振幅させることができる。つ まり、変位検出部 20の自由端の振幅が力検出部 15の振幅より大きくなるように構成 することができる。このため、例えば、ダイナミックモード AFMにおいて、カンチレバ 一 100を用いた場合、試料表面に対して、探針 14をできる限り接近させることができ るため、高精度の計測を行うことが可能となる。
[0054] また、 10_ 1 N以下の原子間力を計測するために、振動方式の力検出法、すなわち 、ダイナミックモードの力検出法を採用することが好ましい。なかでも、最も高いカ検 出感度が要求される場合には、探針を支持しているカンチレバーをその共振点で振 動させ、外部の強制力に対してシフトした共振点を測定し、探針に作用する弱い力を 検出する方式 ( 、わゆる FM変調方式）が一般的に用いられるが、この FM変調方式 の場合、カンチレバーの振動振幅が小さいと、 FM変調方式における検出信号の位 相ノイズが増加し、高感度の検出が困難になる。
[0055] しかし、本実施の形態に係るカンチレバー 100では、変位検出部 2の自由端 22は 大きく振動振幅させることができる。さらに、変位検出部 20の振動振幅は、力検出部 15の振動振幅と共振しており、この力検出部 15の微小な振幅を増幅する機能を果 たすことになる。このため、例えば、ダイナミックモード AFMにおいて、カンチレバー 1 00を用いた場合、変位検出部 20の振動振幅の変位量を計測することにより、試料と 探針 14との間に働ぐ'力"を位相ノイズ等の影響を低減することができ、高感度に計 測 (検出)することができる。
[0056] したがって、本実施の形態に係るカンチレバー 100によれば、ダイナミックモード A FMにおいて、試料表面に接近する探針 14部分の振動振幅を微小にすることができ るだけでなぐ試料との相互作用力によって発生するレバー部 10の変位検出には変 位検出部 20の大きい振動振幅を利用することができる。このため、従来のダイナミツ クモード AFM等に用いられるカンチレバーに比べて、探針をより試料に接近させるこ とが可能になるとともに、大振幅で振動する変位検出部の振幅変化を測定することが できるため、変位検出も容易かつ高精度になり、高感度な力計測が可能になる。
[0057] 〔実施の形態 2〕
本発明に係るカンチレバーの他の構成にっ 、て、図 4 (a)〜図 4 (c)に基づ 、て説 明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1における構成要素と同 一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。 つまり、ここでは、上述の実施形態 1との相違点について説明するものとする。
[0058] 図 4 (a)は、本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造を模式的に示す斜視図 であり、図 4 (b)は図 4 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図であり、図 4 (c)は、 図 4 (a)のカンチレバーを側面から見た側面図である。
[0059] 図 4 (a)〜図 4 (c)に示すように、カンチレバー 100，は、レバー部 10、支持台 12、 探針 14、変位検出部 20'を備えている。
[0060] レバー部 10には、固定端 11と自由端 13との間の胴体部分に、空洞部 30 'が設け られている。空洞部 30'は、レバー部 10の固定端 11から、自由端 13の先端近傍ま で設けられている。
[0061] 変位検出部 20'は、空洞部 30'内部に収まるように設けられており、接続部 25 'を 介して空洞部 30 'の端部と連結されており、いわゆる片持ち梁構造で設けられている 。変位検出部 20'は、空洞部 30 'の形状とほぼ一致するように構成されている。
[0062] より詳細には、変位検出部 20'の一方の端部 21 'が、接続部 25 'を介して、空洞部 30 'における、レバー部 10の固定端 11と対向する側（レバー部 10の固定端 11から 遠 ヽ側）の端部 31 'と連結されて!、る。 [0063] すなわち、レバー部 10および変位検出部 20'はともに片持ち梁構造である力 固 定端の向きが 180° 異なっている。つまり、振動可能なように構成されているレバー 部 10の自由端 13と変位検出部 20'の自由端 22'との向きはちょうど 180° 異なって いる。ただし、ここでもレバー部 10と変位検出部 20'におけるの長手方向の中心軸は 互 ヽに一致するように構成されて 、る。
[0064] また、接続部 25 'における厚みは、空洞部 30'や変位検出部 20'の厚みに比べて 薄く構成されている。本実施の形態では、接続部 25 'は、レバー部 10の厚みの半分 まで厚みを削って構成されている。接続部 25 'は、ヒンジ構造として構成されていると いえるため、この接続部 25 'の変位検出部 20'における位置は、図 4 (a)〜図 4 (c)の ように一方の端部 21 'と接して 、てもよ 、が、両方の端部 21 'と 22'との間の任意の 位置に置くことができる。
[0065] つまり、図 4 (a)〜図 4 (c)に示すカンチレバー 100'と、図 1 (a)〜図 1 (d)に示す実 施形態のカンチレバー 100とでは、空洞部 30'と空洞部 30、変位検出部 20'と変位 検出部 20の大きさが異なり、接続部 25 'と接続部 25の形状が異なっている。
[0066] 力かる図 4 (a)〜図 4 (c)に示す構成のカンチレバー 100，も、上述の新共振モード を有する。すなわち、カンチレバー 100'は、所定の共振周波数にて、力検出部 15を 微小に振動振幅させた場合、変位検出部 20'の自由端 22'の振動振幅は大きくなる 。したがって、力検出部 15の振動振幅を可能な限り小さくすることができるため、探針 を試料表面に対して可能な限り接近させることができ、高感度な検出が可能となる。 さらに、変位検出部 20'の振動振幅は大きいため、探針 14 試料間に発生する相 互作用力によってカンチレバー 100'の振動特性に生じる変位を確実に検出すること も可能である。
[0067] 上述のような構造のカンチレバー 100，も、例えば、市販のシリコン製カンチレバー を用いて、 FIBカ卩ェにより容易に製造することができる。
[0068] 〔実施の形態 3〕
本発明に係るカンチレバーの他の構成にっ 、て、図 5 (a)〜図 5 (c)に基づ 、て説 明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1、 2における構成要素 と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略す る。つまり、ここでは、上述の実施形態 1、 2との相違点について説明するものとする。
[0069] 図 5 (a)は、本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造を模式的に示す図であり 、図 5 (b)は図 5 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図であり、図 5 (c)は図 5 (a) のカンチレバーをレバー部の自由端側から見た正面図である。
[0070] 図 5 (a)〜図 5 (c)に示すように、本実施の形態に係るカンチレバー 100"では、レバ 一部 10の長手方向に対して垂直な方向に、変位検出部 20"が設けられている。変 位検出部 20"は、接続部 25"を介して、レバー部 10に片持ち梁構造にて設けられて いる。接続部 25"は、変位検出部 20"の厚みよりも薄ぐかつ変位検出部 20"の幅よ りも細く形成されている。より詳細には、接続部 25"の厚みは変位検出部 20"の厚み の略半分であり、接続部 25"は、変位検出部 20"の下側の略半分と接続されている。
[0071] つまり、上記実施形態 1、 2では、レバー部の内部をくり抜いて空洞部を設けて、そ こに変位検出部を設けている構成であつたが、本実施の形態では、変位検出部 20" を新たにレバー部 10に付加した構成である。
[0072] 変位検出部 20"の設ける位置は、力検出部 15が微小な振幅で振動した際に、変 位検出部 20"が力検出部 15の振幅より大きい振幅で振動するような共振周波数を有 するような位置に設けられていれば、その具体的な構成は特に限定されるものではな い。
[0073] 上記の構成によれば、カンチレバー 100"は上述の新共振モードを有する。すなわ ち、所定の共振周波数にて、力検出部 15を微小に振動振幅させた場合、変位検出 部 20"の自由端の振動振幅は大きくなる。したがって、力検出部 15の振動振幅を可 能な限り小さくすることができるため、探針 14を試料表面に対して可能な限り接近さ せることができ、高感度な検出が可能となる。さらに、変位検出部 20"の振動振幅は 大きいため、探針 14—試料間に発生する相互作用力によってカンチレバー 100"の 振動特性に生じる変位を確実に検出することも可能である。
[0074] また、変位検出部 20"の数は、 1つに限られるものではない。例えば、変位検出部 2 0"がレバー部 10を挟んで複数個設けられていてもよい。この場合の具体的な構成を 図 6 (a)〜図 6 (c)に示す。図 6 (a)は、本実施の形態に係る他のカンチレバーの構造 を模式的に示す図であり、図 6 (b)は図 6 (a)のカンチレバーを上方から見た上面図 であり、図 6 (c)は図 6 (a)のカンチレバーをレバー部の自由端側から見た正面図であ る。
[0075] 図 6 (a)〜図 6 (c)に示すように、本実施の形態に係るカンチレバー 100"は、レバー 部 10の長手方向に対して、垂直な方向に、変位検出部 20" · 20"を備えている。変 位検出部 20" · 20"は、レバー部 10を挟んで、対向するように、設けられている。すな わち、変位検出部 20" · 20"は、レバー部 10を挟んで、対称に設けられている。
[0076] この場合も、カンチレバー 100"は、新共振モードを有する。すなわち、カンチレバ 一 100"は、所定の共振周波数にて力検出部 15を微小に振動させた場合、変位検 出部 20" · 20"は力検出部 15の振幅よりも大きく振動するように構成されている。
[0077] 上記の構成のように、変位検出部 20" · 20"を、レバー部 10を挟んで、左右対称に 配置した場合、振動の対称性を高めることができるため、より安定に、カンチレバー 1 00"の振動特性に生じる変位を検出することができる。
[0078] < 2.カンチレバーの利用 >
本発明に係るカンチレバーは、上述したような独自の構成を有することにより、優れ た作用効果を奏するものであるため、以下のような利用が可能である。
[0079] まず、本発明に係るカンチレバーは、走査型プローブ顕微鏡に利用することができ る。本発明に係る走査型プローブ顕微鏡は、上述した本発明に係るカンチレバーと、 上記カンチレバーを所定の周波数にて振動させる振動手段と、上記カンチレバーが 有する変位検出部の振動振幅または位相を検出する検出手段と、を備えるものであ ればよぐその他の具体的な構成は、特に限定されるものではない。
[0080] 振動手段は、カンチレバーを所定の周波数にて振動させることができるものであれ ばよぐその具体的な構成等は特に限定されるものではない。例えば、外部発振器か ら加振信号を出力して、加振用ピエゾ素子に入力し、ピエゾ素子の振動により探針を 振動させることができる。なお、探針の振動は、外部発振器を使わず、内部の回路網 で共振回路系を構成し、これを用いてもよい。
[0081] 検出手段としては、カンチレバーの探針と試料との間に発生する相互作用力によつ て、カンチレバーの振動特性に生じる変化量を検出することができるものであればよ ぐその他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。例えば、半導体レー ザ、位置検出器、力検出回路を備える通常の光てこ方式のものを好適に利用可能で ある。また、光てこ方式に代えて容量変位計、歪みゲージ、光干渉計等、他の公知の 測定技術を用いて測定するようにしてもょ 、。
[0082] ここで、「所定の周波数」とは、上記カンチレバーが有する共振周波数と略同じ周波 数であって、上記カンチレバーにおけるレバー部の自由端、つまり力検出部の振幅 に比べて、上記変位検出部の振幅がより大きくなる周波数であることが好ましい。つ まり、カンチレバーにおける探針が設けられた力検出部の振動振幅は微小振幅とな るが、変位検出部の振動振幅はカンチレバーの振動特性の変位が検出できる程度 の大きさとなる共振周波数と略同じ周波数であることが好ましい。
[0083] なお、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡における上記構成以外の構成としては 、従来公知の走査型プローブ顕微鏡の構成を好適に利用することができる。例えば 、試料を載置する試料ステージ、探針を試料表面に沿う方向に 2次元的に移動させ る探針走査手段、探針を試料表面に対して近づく方向あるいは遠ざ力る方向に移動 させる探針移動手段、探針の位置を検出する探針位置検出手段等は、従来公知の 技術を適用できる。
[0084] 「走査型プローブ顕微鏡」としては、 AFMや走査型トンネル顕微鏡等が挙げられる 力 特に、ダイナミックモード AFMが好ましい。
[0085] また、本発明に係るカンチレバーは、例えば、ガスセンサ等にも利用可能である。
例えば、本発明に係るカンチレバーの自由端部分に、ガスの成分 (ガス分子)を吸着 するセンサ部を装着する。自由端に備えられたセンサ部に試料中のガス成分 (ガス 分子）が吸着すると、センサ部とガス成分との相互作用によって、カンチレバーの共 振周波数に変化が発生する。これを変位検出部の振動振幅または位相の変化として 捉えることにより、高感度に試料中のガス成分を検出することができる。
[0086] このようなガスセンサの具体的な構成の一例を、図 7を用いて説明する。同図に示 すように、本実施の形態に係るガスセンサ 300は、 8つのカンチレバー 100· 100· ··、 支持台 12を備えている。カンチレバー 100における自由端 13には、所定のガス成分 (ガス分子）を吸着するセンサ部 301が設けられている。なお、 8つのカンチレバー 10 0· · -には、それぞれ別のガス成分を吸着するセンサ部 301が設けられて ヽる。 [0087] このような構成のガスセンサ 300に、計測対象の試料 (ガス）を接触させると、試料 中のガス成分のうち、カンチレバー 100の先端に設けたセンサ部 301に吸着する。セ ンサ部 301にガス成分が吸着すると、図 7に示すように、カンチレバー 100の共振周 波数が変化する。この変化量を、カンチレバーの変位検出部の振動振幅または位相 の変化として検出することにより、ガス成分を高感度で検出することができる。
[0088] なお、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様ま たは実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのよう な具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に 記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである 産業上の利用の可能性
[0089] 本発明に係るカンチレバーによれば、探針を有するレバーと共振周波数を有し、探 針部分の振動振幅を増幅する変位検出部を備えるため、試料表面に接近する探針 部分の振動振幅を小さくすることができる一方で、レバーの変位検出には大振動振 幅を利用することができる。このため、従来のダイナミックモード AFM等に用いられる カンチレバーに比べて、探針をより試料に接近させることが可能になる。また、比較的 大きな振幅で振動する変位検出部の振幅変化を測定することができるため、変位検 出も容易に行え、ノイズの影響を低減させることができ、高感度な力計測が可能にな るという効果を奏する。
[0090] さらに、かかる本発明に係るカンチレバーを用いた走査型プローブ顕微鏡やガスセ ンサも高感度化を達成できる。
[0091] したがって、上記カンチレバーは、走査型プローブ顕微鏡を主とする局所的な表面 解析、電子物性解析や、微小な機能素子である MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)等に用いられており、広範な産業上の利用可能性が考えられる。特に、本 発明は複雑な装置構成を必要としないことから、ナノテクノロジー分野における利用 価値はきわめて高い。また、カンチレバーを用いたガスセンサや DNA解析技術等の 研究も活発に進められているため、バイオ関連産業 (食品、医薬品、環境等を含む） への利用可能性もある。

Claims

請求の範囲
[1] 一方の端部が支持台に固定されており、もう一方の端部が自由端である片持ち梁 構造のレバー部と、
試料と近接した際に発生する力を検出するための力検出部と、
変位を検出するための変位検出部と、を備えており、
上記変位検出部は、上記力検出部と共振して振動する構造であり、
上記カンチレバーは、上記力検出部を振動させた場合、上記変位検出部の振幅が 上記力検出部の振幅に比べて大きくなる共振周波数を有することを特徴とするカン チレノ一。
[2] 上記力検出部と変位検出部とは、それぞれ独立して配置されており、
上記変位検出部は、上記レバー部に接続部を介して、一端が固定された片持ち梁 構造で設けられて 、ることを特徴とする請求項 1に記載のカンチレバー。
[3] 上記共振周波数にて上記力検出部を振動振幅させた場合、上記変位検出部の振 動振幅は、上記力検出部の振動振幅の 2〜100倍の大きさであることを特徴とする請 求項 1または 2に記載のカンチレバー。
[4] 上記変位検出部は、その自由端が上記レバー部の自由端と 180° 異なった向きに 設けられており、かつ、その長手方向の中心軸が上記レバー部の長手方向の中心軸 と一致するように設けられていることを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載 のカンチレバー。
[5] 上記レバー部は、上記支持台に固定された端部と自由端との間に空洞部を有して おり、
上記変位検出部は、上記空洞部の内部に収まるように設けられていることを特徴と する請求項 1〜4のいずれ力 1項に記載のカンチレバー。
[6] 上記変位検出部は、上記レバー部の長手方向に対して垂直に設けられていること を特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のカンチレバー。
[7] 上記変位検出部は、上記レバー部を挟んで、対向するように、複数個設けられてい ることを特徴とする請求項 6に記載のカンチレバー。
[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載のカンチレバーと、上記カンチレバーを所定の 周波数にて振動させる振動手段と、上記カンチレバーが有する変位検出部の振動 振幅または位相を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする走査型プローブ顕 微鏡。
[9] 上記所定の周波数は、上記カンチレバーが有する共振周波数と略同じ周波数であ つて、上記カンチレバーにおける力検出部の振幅に比べて、上記変位検出部の振 幅がより大きくなる周波数であることを特徴とする請求項 7に記載の走査型プローブ 顕微鏡。
[10] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載のカンチレバーを備えることを特徴とするガスセ ンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5019120B2 (ja) 2007-03-16 2012-09-05 独立行政法人産業技術総合研究所 検出センサ
WO2008114603A1 (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 検出センサ、振動子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06249863A (ja) * 1993-02-15 1994-09-09 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 表面構造を画像化するセンサ
JPH11512830A (ja) * 1996-03-13 1999-11-02 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 新規なカンチレバー構造
JP2001056278A (ja) * 1999-08-20 2001-02-27 Stanley Electric Co Ltd 質量検出型ガスセンサ
JP2005227139A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Kyoto Univ 原子間力顕微鏡用カンチレバー

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06249863A (ja) * 1993-02-15 1994-09-09 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 表面構造を画像化するセンサ
JPH11512830A (ja) * 1996-03-13 1999-11-02 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 新規なカンチレバー構造
JP2001056278A (ja) * 1999-08-20 2001-02-27 Stanley Electric Co Ltd 質量検出型ガスセンサ
JP2005227139A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Kyoto Univ 原子間力顕微鏡用カンチレバー

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FURUKAWA T.: "Bisho Shinpuku AFM no tameno Shinki Cantilever no Kaihatsu", 2004 NEN (HEISEI 16 NEN) SHUKI DAI 65 KAI THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS GAKUJUTSU KOEN YOKOSHU, vol. 2, 1 September 2004 (2004-09-01), pages 591, 4P-H-4, XP002998808 *
FURUKAWA T.: "Fukugo Kyoshin Mode o Yusuru Shinki Cantilever no Kaihatsu oyobi Sono Seidenkiryoku Kenshutsu no Kokandoka eno Oyo", 2004 NEN (HEISEI 16 NEN) SHUNKI DAI 5 KAI OYO BUSURIGAKU KANKEI RENGO KOENKAI KOEN YOKOSHU, vol. 2, 28 March 2004 (2004-03-28), pages 739, 30P-ZB-16, XP002998807 *
KOBAYASHI K.: "Dopant profiling on semiconducting sample by scanning capacitance force microscopy", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 81, no. 14, 30 September 2002 (2002-09-30), pages 2629 - 2631, XP001142287 *

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