高速画像取得可能なタッピングモードAFM を用いたナノマニピュレータの開発

摘要

原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope: AFM）はナノスケールの表面形状の観察やマニピュレーションを可能にする顕微鏡である．しかしながら，一般的なAFM による測定は試料表面の形状像を取得するのに数分以上の時間を要する．また，AFM の探針を利用した加工においては一般に加工と計測に同じ探針を用いるため，加工中の様子を観察できないことが問題となる．このようなことからAFM を用いたリアルタイム観察が望まれている．これらの問題に対して近年，画像取得時間を大幅に短縮できる高速AFM の研究が進められている．AFM カンチレバーアレイを同時に動作させ広い範囲を短時間で観察する方法や高い共振周波数を持つカンチレバーによるタッピングモードで高速フィードバックを行う手法などが報告されている．以前の報告で我々は高速AFM 画像取得技術とハプティックデバイスを利用した力覚マニピュレーション技術の複合化による加工システムについて報告した．これにより，AFM 観察によるモニタリングをしながらAFM 加工することが可能になった．しかしながら，コンタクトモードによる高速画像取得では使用するカンチレバーのばね定数が低いものに限られるため，静電気力によって荷重を切り替えなければならず，スクラッチ加工が困難であるという問題が生じていた．そこで本研究では，比較的高いばね定数を用いるタッピングモードでの高速画像取得技術をマニピュレーション技術と複合化することに取り組hだので報告する．タッピングモード用の高いばね定数のカンチレバーを用いた試料表面の高速画像取得や微細加工の実験結果について示し，コンタクトモードによる高速AFM に対しての優位性について述べる．