WO2010027054A1 - カンチレバー加熱機構、それを用いたカンチレバーホルダ、及び、カンチレバー加熱方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、下記特許文献2には、通電加熱により金属材料でできた探針をクリーニングする技術が開示されている。探針はループ状の金属細線導通体にスポット溶接で固着されており、導通体の両端子に電圧を印加することにより通電加熱を行っている。
また、下記非特許文献1には、AFM用の市販のSi探針付きカンチレバーを、超高真空中にて加熱しながらGeを蒸着することにより、探針の先端を先鋭化させる方法が開示されている。これは、本発明の発明者等による研究の成果であり、このGeが蒸着されたSi探針は、400℃から500℃で加熱することにより再先鋭化可能であることを確認している。
200 カンチレバーホルダ
L 探針付きカンチレバー
1 ホールド部
11 固定台
11a 配置部
12 固定部
12a 接触部
12b 開口
2a,2b 電極
h 貫通孔
3 ベース
4a~4e 絶縁体
5 圧電素子
6a,6b ネジ、ナット
7 パイプ(銅管)
以下、本実施の形態のカンチレバー加熱機構100について、図面を参照しながら説明する。図1は、カンチレバー加熱機構100の分解斜視図であり、図2はその一部拡大図である。カンチレバー加熱機構100は、カンチレバーLを着脱自在に保持するホールド部1と、ホールド部1により保持されたカンチレバーLに接触可能な第1の電極2aと第2の電極2b、及び、固定部としての機能も兼ね備える第3の電極12とを備え、これらがベース3の上に配設されている。なお、カンチレバーLは、Siなどの導電性を有するカンチレバーであり、可撓性プレートの一端側が支持体に支持されており、可撓性プレートの他端側(自由端側)に探針を備える。
図3は、カンチレバー加熱機構100の使用態様を説明する説明図である。図3において、固定部12の位置を示すため、固定部12は点線で示す。板バネである固定部12を上げ、固定台11の配置部11aにカンチレバーLを配置する。カンチレバーLは、配置部11aの配置空間に一部突出する電極2a,2bの上に配置される。その状態にて固定部12を離すと、固定部12は板バネの付勢力(バネ圧)によりカンチレバーLを固定台11に押圧して固定する。これにより、カンチレバーLは、ホールド部1にて保持されるとともに、電極2a,2b及び固定部12と接触する。カンチレバーLには独立した三つの電極が配された状態となる。
本発明の効果を確認するために、上記カンチレバー加熱機構100を用いて以下の実験1を行った。真空環境下にて第1の電極と第2の電極が接続される可変電源p1の電流値を段階的に変化させ、各電流における共振周波数とQ値を測定した。なお、電源p2は用いていない。その結果を図6と図7に示す。図6に示すグラフは、各電流値における共振曲線を示す。横軸が周波数であり縦軸が振動振幅である。図7は、図6の各共振曲線を同一座標系に示し、その先鋭度を比較可能とすることで、各共振曲線のQ値の変化を視覚的に表したものである。加熱処理前のQ値は1840であるのに対し、加熱処理後のQ値は12300である。これは、カンチレバーの探針の力検出感度が高まったことを意味する。
加熱効果を確認するために、上記カンチレバー加熱機構100を用いて以下の実験2を行った。真空環境下において、第1の電極と第2の電極に接続された可変電源p1の直流電流値と印加電圧値を段階的に変化させ、総合的な発熱量を変化させてその温度を測定した。温度測定は放射温度計を用いた。通電した直流電流値は65mA-225mA、印加電圧範囲は8V-6.2Vとし、投入電力量を0.52W-1.395Wまで変化させて温度を測定した。その結果を図8のグラフに示す。1.395Wの段階にて約1000度まで上昇することがわかる。このことから、本発明のカンチレバーホルダをSPMに用いることで試料を局所高温処理可能となり、探針の高温クリーニングだけではなく、試料表面の超微細加工技術にも好適なことがわかる。
Claims (8)
- 探針を備えるカンチレバーを加熱するカンチレバー加熱機構において、
カンチレバーを着脱自在に保持可能なホールド部と、当該ホールド部に保持されたカンチレバーを介して導通状態となる少なくとも第1の電極と第2の電極とを備えることを特徴とするカンチレバー加熱機構。 - 前記ホールド部に保持されたカンチレバーに接触可能な第3の電極を備えることを特徴とする請求項1記載のカンチレバー加熱機構。
- 前記ホールド部は、カンチレバーが固定される固定台と、当該固定台にカンチレバーを押圧しながら固定する固定部を備え、当該固定台のカンチレバーが配置される位置に前記第1の電極及び第2の電極が設けられていることを特徴とする請求項1記載のカンチレバー加熱機構。
- 前記ホールド部は、カンチレバーが固定される固定台と、カンチレバーを固定台に固定する固定部とを備え、当該固定部は導電性部材であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載カンチレバー加熱機構。
- 前記第1と第2の電極の電位、及び/又は、前記第3の電極の電位を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項2記載カンチレバー加熱機構。
- 走査型プローブ顕微鏡に用いられるカンチレバーホルダであり、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のカンチレバー加熱機構を備えるカンチレバーホルダ。
- 探針を備えるカンチレバーを加熱するカンチレバー加熱方法において、
カンチレバーを着脱自在に保持可能なホールド部によりカンチレバーを保持させ、当該ホールド部に保持されたカンチレバーを介して導通状態となる少なくとも第1の電極と第2の電極との間に電圧を印加することを特徴とするカンチレバー加熱方法。 - 前記ホールド部に保持されたカンチレバーに第3の電極を接触させ、前記第1の電極及び前記第2の電極の電位に対して当該第3の電極の電位を相対的に変化させることを特徴とする請求項7記載のカンチレバー加熱方法。
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