JP3811004B2 - 導電性走査型顕微鏡用プローブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ナノチューブを探針として用いて試料表面の構造を撮像する走査型顕微鏡用プローブに関し、更に詳細には、導電性ナノチューブとカンチレバーを導電性堆積物、導電性皮膜及び導電性コーティング膜により電気的に導通させ、導電性ナノチューブと試料間に電圧を印加したり通電を可能にした導電性走査型顕微鏡用プローブ及びこれを用いた加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＦＭで略称される原子間力顕微鏡により試料表面の構造を撮像するには、試料表面に接触させて信号を取り出す探針が必要である。従来、この探針としてはカンチレバー部の先端に突出部（ピラミッド部とも呼ぶ）を形成したシリコン製又はシリコンナイトライド製のカンチレバーが知られている。
【０００３】
従来のカンチレバーは、リソグラフィ、エッチング等のマイクロファブリケーション技術を用いて作成されている。このカンチレバーは、突出部の先端で試料表面の原子間力を検出するから、先端の先鋭度により撮像精度が決まってしまう。そこで、探針となる突出部先端の先鋭加工には、半導体加工技術を利用した酸化工程と酸化膜のエッチング工程が利用されている。しかし、現在の半導体加工技術にも微小化の限界があるため、前記突出部先端の先鋭度にも物理的限界があった。
【０００４】
一方、新規な炭素構造としてカーボンナノチューブが発見された。このカーボンナノチューブは、直径が約１ｎｍから数十ｎｍ、長さが数μｍであり、アスペクト比（長さ／直径）は１００〜１０００程度になる。現在の半導体技術では直径が１ｎｍの探針を作成することは困難であり、この点から考えると、カーボンナノチューブはＡＦＭ用探針として最高の条件を備えている。
【０００５】
このような中で、Ｈ．Ｄａｉ等はＮＡＴＵＲＥ（Ｖｏｌ．３８４，１４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９６）においてカーボンナノチューブをカンチレバーの突出部の先端に張り付けたＡＦＭ用プローブを報告した。彼らのプローブは画期的ではあったが、カーボンナノチューブを突出部に付着させたものに過ぎないため、試料表面を何回か走査している間にカーボンナノチューブが突出部から脱落してしまう性質があった。
【０００６】
本発明者等はこの弱点を解決するために、カーボンナノチューブをカンチレバーの突出部に強固に固着させる固定方法を開発するに到った。この開発の成果は、特開２０００−２２７４３５号として第１固定方法が、また特開２０００−２４９７１２号として第２固定方法が公開されている。
【０００７】
前記第１の固定方法は、ナノチューブの基端部に電子ビームを照射してコーティング膜を形成し、このコーティング膜によりナノチューブをカンチレバー突出部に被覆固定する方法である。第２の固定方法は、ナノチューブの基端部に電子ビーム照射又は通電して、ナノチューブ基端部をカンチレバー突出部に融着固定する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、市販されているカンチレバーは半導体加工技術を用いて生産されているため、その材質はシリコン又はシリコンナイトライドである。シリコンが半導体であるのに対して、シリコンナイトライドは絶縁体である。従って、カーボンナノチューブ等の導電性ナノチューブをカンチレバーの突出部に固定しても、カンチレバー自体が導電性を有していないために、導電性ナノチューブ探針と試料の間に電圧を印加したり、探針に電流を流すことはできなかった。
【０００９】
プローブが通電性を有さない場合には、その用途には大きな制限が存在することを意味する。例えば、このプローブをトンネル顕微鏡（ＳＴＭ）に用いることはできない。トンネル顕微鏡は探針と試料の間に流れるトンネル電流を検出して試料を撮像するからである。
【００１０】
また、このプローブを用いて試料表面上で原子を堆積させたり、原子を移動させたり、原子を取り出したりすることができない。このように原子を操作して試料を加工するには、探針に電圧を印加することが必要である。このナノ加工は、バイオと並ぶ２１世紀の基本技術と考えられており、これができないということは、プローブ自体の将来性を狭めてしまうことに繋がる。
【００１１】
従って、本発明の目的とするところは、導電性ナノチューブからなる探針とカンチレバーを電気的に導通させて、導電性ナノチューブと試料の間に電圧を印加したり、通電させたりすることができる導電性走査型顕微鏡用プローブを実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カンチレバーに固着された導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの表面に形成された導電性被膜と、カンチレバーの所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この導電性ナノチューブの基端部から前記導電性皮膜の一部を被覆して導電性ナノチューブを固定する有機ガスの導電性分解堆積物から構成され、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性分解堆積物により導通状態にしたことを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１３】
請求項２の発明は、カンチレバーに固着された導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの表面に形成された導電性被膜と、この導電性皮膜の所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、その基端部を被覆して導電性ナノチューブを固定する導電性堆積物から構成され、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性堆積物により導通状態にしたことを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１４】
請求項３の発明は、前記導電性堆積物の上に更に導電性ナノチューブと導電性被膜に達する導電性コーティング膜を被覆形成し、導電性ナノチューブとカンチレバーの導通状態を確実にする請求項１又は２に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１５】
請求項４の発明は、カンチレバーに固着した導電性ナノチューブ探針の先端部により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この基端部を被覆して導電性ナノチューブをカンチレバーに固定する導電性堆積物と、この導電性堆積物の上から導電性ナノチューブとカンチレバー表面に到るように形成された導電性コーティング膜から構成され、導電性ナノチューブとカンチレバーを導通状態にすることを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１６】
請求項５の発明は、前記導電性コーティング膜はナノチューブの先端部及び先端を被覆するように形成される請求項３又４に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１７】
請求項６の発明は、前記導電性コーティング膜を構成する導電性物質が磁性物質である請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブを用い、その導電性コーティング膜を金属膜で形成して金属源とし、この導電性走査型顕微鏡用プローブと試料間に所定電圧を印加して、ナノチューブの先端から試料表面に前記金属源に属する金属原子を電界によりイオン放出し、試料表面に金属堆積物を形成することを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブを用いた試料の加工方法である。
【００１９】
請求項８の発明は、前記金属堆積物の直径が５０ｎｍ以下である請求項７に記載の加工方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者等は導電性走査型顕微鏡用プローブの開発について鋭意検討した結果、導電性ナノチューブとカンチレバーとの間を導電性被膜又は導電性コーティング膜により電気的に連結する方法を想到するに到った。
【００２１】
基本構造は、カンチレバーに導電性被膜を形成しておき、この導電性被膜と導電性ナノチューブを導電性堆積物で導通させる構造である。この導通性を確実にするために、導電性堆積物の上から導電性コーティング膜を形成し、導電性ナノチューブと導電性被膜を強制導通させる構造を採っている。
【００２２】
導電性ナノチューブとは、電気的な導通性を有するナノチューブである。一般に、導電性ナノチューブにはカーボンナノチューブ等があり、絶縁性ナノチューブにはＢＮ系ナノチューブ、ＢＣＮ系ナノチューブ等がある。しかし、この絶縁性ナノチューブの表面に導電性被膜を形成すれば、絶縁性ナノチューブを導電性ナノチューブに転換できる。導電性ナノチューブは加工により導電性を獲得したナノチューブも含む。
【００２３】
カンチレバーに形成される導電性被膜は、金属被膜やカーボン被膜などの電気的導通性を有する被膜を言う。その製法には、蒸着・イオンプレーティング・スパッタリング等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的気相反応法（ＣＶＤ）、電気メッキや無電界メッキなど各種の方法が利用できる。このようにして形成された導電性被膜は外部電源を接続する電極の機能を有する。
【００２４】
導電性ナノチューブをカンチレバーに固着させる導電性堆積物は、炭化水素系ガスや有機金属ガスなどの有機ガスを電子ビームやイオンビーム等で分解しながら分解ガスを所要部に堆積させて形成される。材料はカーボン堆積物や金属堆積物などの導電性材料が利用される。
【００２５】
有機ガスが炭化水素系ガスの場合には、前記分解堆積物は炭素堆積物になる。一般に、炭素堆積物がグラファイト物質からなる場合には導電性を有するが、アモルファスカーボンからなる場合には膜厚により導電性から絶縁性に広く分布する。アモルファスカーボンでは膜厚が薄いと導電性になり、厚くなると絶縁性になる。従って、導電性の極薄膜炭素堆積物により導電性ナノチューブをカンチレバーの所要部に固着させて導通を確保することになる。
【００２６】
有機ガスが有機金属ガスの場合には、前記分解堆積物は金属堆積物となる。この金属堆積物は導電性を有するから、本発明の導電性堆積物として利用される。金属堆積物は膜厚の大小に拘わらず導電性を有するから、導電性を確実にするには炭素堆積物より金属堆積物の方が利便性が高い。
【００２７】
前記炭化水素系物質としては、メタン系炭化水素、エチレン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、環状炭化水素などがあり、具体的にはエチレンやアセチレンなど比較的分子量の小さな炭化水素が好ましい。また、前記有機金属ガスとしては、例えばＷ（ＣＯ）６、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２（ｈｆａｃ：ｈｅｘａ−ｆｌｕｏｒｏ−ａｃｅｔｙｌ−ａｃｅｔｏｎａｔｅ）、（ＣＨ３）２ＡｌＨ、Ａｌ（ＣＨ２−ＣＨ）（ＣＨ３）２、［（ＣＨ３）３Ａｌ］２、（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ、（ＣＨ３）３Ａｌ、（ｉ−Ｃ４Ｈ９）３Ａｌ、（ＣＨ３）３ＡｌＣＨ３、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｆｅ（ＣＯ）４、Ｃｒ［Ｃ６Ｈ５（ＣＨ３）２］、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｐｂ（Ｃ２Ｈ５）４、Ｐｂ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２、（Ｃ２Ｈ５）３ＰｂＯＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）２、（ＣＨ３）４Ｓｎ、（Ｃ２Ｈ５）４Ｓｎ、Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４、Ｚｒ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）４、Ｌａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｓｒ［Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）６］２、Ｓｒ［Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５（ＯＣ２Ｈ４ＯＣＨ３）］２、Ｓｒ［Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５（ＯＣ２Ｈ４ＯＣＨ３）］２、Ｓｒ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｂａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、（Ｂａ，Ｓｒ）３（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）６、Ｐｂ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｚｒ（ＯｔＣ４Ｈ９）４、Ｚｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｔｉ（ＯｉＣ３Ｈ７）２（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｂｉ（ＯｔＣ５Ｈ１１）３、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｔａ（ＯｉＣ３Ｈ７）５、Ｎｂ（ＯｉＣ３Ｈ７）５、Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ｙ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｒｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｒｕ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）２、Ｉｒ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（Ｃ８Ｈ１２）、Ｐｔ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、Ａｓ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｂ（ＯＣＨ３）３、Ｃａ（ＯＣＨ３）２、Ｃｅ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃｏ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｄｙ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｅｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｅｕ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｆｅ（ＯＣＨ３）３、Ｇａ（ＯＣＨ３）３、Ｇｄ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｈｆ（ＯＣＨ３）４、Ｉｎ（ＯＣＨ３）３、ＫＯＣＨ３、ＬｉＯＣＨ３、Ｍｇ（ＯＣＨ３）２、Ｍｎ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、ＮａＯＣＨ３、Ｎｄ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｐｏ（ＯＣＨ３）３、Ｐｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ＯＣＨ３）３、Ｓｃ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＶＯ（ＯＣＨ３）３、Ｙｂ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｚｎ（ＯＣＨ３）２等が利用できる。
【００２８】
導電性コーティング膜は、導電性堆積物を被うように形成され、しかも導電性ナノチューブから導電性被膜に亘って被覆形成される。つまり、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性コーティング膜により導通させるものである。また、導電性被膜がない場合でも、この導電性コーティング膜をカンチレバー部表面にまで形成して、電極膜として利用する。
【００２９】
従って、導電性コーティング膜は極めて狭い領域に形成される場合も、広い領域に亘って形成される場合も存する。狭い領域に形成する場合には、導電性堆積物の形成方法を採用できる。つまり、狭い領域では、電子ビームやイオンビーム等のビームを利用して有機ガスを分解し、この分解ガスを局所的に堆積させて導電性コーティング膜を形成する。また、広い領域では、蒸着・イオンプレーティング・スパッタリング等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的気相反応法（ＣＶＤ）、電気メッキや無電界メッキなど各種の方法が利用できる。
【００３０】
導電性コーティング膜がナノチューブの先端及び先端部を被覆して形成される場合には、ナノチューブ探針にその導電性物質の性質を付与することになる。例えば、導電性物質としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性金属を用いた場合には、ナノチューブ探針が試料表面の磁性を検出できる。つまり、このプローブが試料の磁性分布などを検出する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）の探針と機能することができる。
【００３１】
先端まで金属被覆されたこの導電性走査型顕微鏡用プローブを試料に接近させ、試料を陰極、プローブを陽極となるように試料・プローブ間に電圧を印加すると、ナノチューブ先端と試料間に形成される超高電界によりナノチューブ先端の金属がイオン化される。この金属イオンが電界により試料表面に衝突し、試料表面に金属堆積物が形成される。このように、電圧の印加によって、試料に対し金属原子の移動・堆積などの加工を行うことができる。
【００３２】
以下に、本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブ及びこれを用いた加工方法の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第１実施形態の概略説明図である。カンチレバー４はＡＦＭの探針として用いられる部材で、カンチレバー部６とその先端に突出状に形成された突出部８から構成される。このカンチレバー４には、カンチレバー部６から突出部表面１７に到るまで導電性皮膜１７が形成されている。この導電性皮膜１７は金属や炭素などの導電性材料から構成されている。
【００３４】
突出部表面１０には、カーボンナノチューブ等の導電性ナノチューブ１２の基端部１６が接触して配置され、この実施形態では基端部１６と導電性被膜１７とは接触していない。導電性ナノチューブ１２の先端部１４は外方に突出しており、その先端１４ａが信号検出用の探針先端となる。
【００３５】
基端部１６は金属や炭素などの導電性堆積物１８により突出部表面１０に強固に固着されており、この導電性堆積物１８によって導電性ナノチューブ１２がカンチレバー４と一体に固定されて導電性走査型顕微鏡用プローブ２０（以後プローブと称する）が完成する。導電性堆積物１８による固定が強固であるほど、導電性ナノチューブ１２の脱落は無くなり、プローブ２０の耐久性が向上する。
【００３６】
また、この導電性堆積物１８は導電性被膜１７の一端を被って形成されている。従って、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７とは導電性堆積物１８により電気的に導通状態にある。カンチレバー部６の導電性被膜１７は電極膜の機能を有し、この電極を通して導電性ナノチューブ１２に電圧を印加したり、通電させたりできる。
【００３７】
図２は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第２実施形態の概略説明図である。図１と同一部分には同一番号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。この実施形態では、導電性皮膜１７はカンチレバー部６だけでなく突出部８の全表面にまで形成されている。
【００３８】
導電性ナノチューブ１２の基端部１６は突出部表面１０の導電性皮膜１７上に接触配置される。この基端部表面を被うように導電性堆積物１８が形成されて導電性ナノチューブ１２を強固にカンチレバー４に固着し、プローブ２０が完成する。基端部１６が導電性被膜１７に接触しているから、両者は電気的に導通している。この導通を確実にするために導電性堆積物１８が機能する。
【００３９】
基端部１６と導電性被膜１７の間に何らかの理由で汚れなどの絶縁物が介在する場合には、基端部１６と導電性被膜１７の導通は確実ではない。この場合には、両者の導通性は導電性堆積物１８によって達成される。即ち、この実施形態では、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７との接触、及び導電性堆積物による両者間の強制導通と２重の電気的導通が確保され、導通の確実性が保証される。
【００４０】
図３は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第３実施形態の概略説明図である。この第３実施形態は、導電性コーティング膜２２を第２実施形態に形成したものである。即ち、導電性コーティング膜２２を導電性堆積物１８を被うように導電性ナノチューブ１２から導電性被膜１７に亘って形成し、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７の電気的導通を更に確実に保証するものである。
【００４１】
図４は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第４実施形態の概略説明図である。この第４実施形態では、導電性被膜１７をカンチレバー４に形成していない。作成手順は、導電性ナノチューブ１２の基端部１６をカンチレバー４の突出部表面１０に接触配置し、その上から導電性堆積物１８を形成して強固に固着し、更にその上から導電性コーティング膜２２を形成してプローブ２２を完成する。
【００４２】
この導電性コーティング膜２２は、導電性堆積物１８を被うように導電性ナノチューブ１２からカンチレバー部６に亘って形成され、カンチレバー部６上の導電性コーティング膜２２が電極膜として機能する。従って、この導電性コーティング膜２２により導電性ナノチューブ１２とカンチレバー４とを導通させ、この導電性コーティング膜２２から外部電源により導電性ナノチューブ１２に対し電圧印加や通電を行う。
【００４３】
図５は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第５実施形態の概略説明図である。この第５実施形態は、第３実施形態の導電性コーティング膜２２をナノチューブ１２の先端部１４を被覆するように延長形成したものである。この導電性コーティング膜２２は先端２２ａを被覆しており、導電性物質の性質を探針に付与するものである。
【００４４】
導電性コーティング膜がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような強磁性金属原子から構成される場合には、ナノチューブ探針が試料の磁性を検出する性質を有する。つまり、試料表面の磁性を探針先端の強磁性金属が検出し、試料表面の磁気像を撮像できるようになる。
【００４５】
図６は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第６実施形態の概略説明図である。この第６実施形態は、第４実施形態の導電性コーティング膜２２をナノチューブ１２の先端部１４を被覆するように延長形成したものである。この導電性コーティング膜２２は先端２２ａを被覆しており、導電性物質の性質を探針に付与している。この探針の機能は第５実施形態と同様であるから、その説明を省略する。
【００４６】
図７は、本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて試料表面に微小ドットを形成する概略説明図である。プローブ２０は第５実施形態で作成された導電性走査型顕微鏡用プローブで、このプローブ２０の導電性被膜１７と試料２４の間に電源２６を接続し、例えば１０Ｖ程度の直流電圧を印加する。
【００４７】
導電性コーティング被膜２２を金属で形成し、導電性被膜１７を陽極、試料２４を陰極になるように電圧を印加すると、コーティング被膜先端２２ａから試料表面に超高電界が点線のように形成される。この電界により、金属原子がイオン化され、電界力によって矢印ａ方向に加速され、試料表面に堆積して微小ドット２８が堆積形成される。
【００４８】
ナノチューブ１２の直径は最小で約１ｎｍであり、この細いナノチューブ１２を金属源とするため、直径が５０ｎｍ以下の微小ドットを容易に形成することができる。この微小ドット２８を用いて試料表面２４ａにナノ回路やナノ構造物などを形成できるため、本発明のプローブ２０を用いてナノエンジニアリングの一手法を確立することができる。
【００４９】
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や設計変更なども本発明の技術的範囲内に包含されることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性分解堆積物により導通状態にするから、外部電源を導電性被膜に接続して導電性ナノチューブに電圧を印加したり、通電することができる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、導電性皮膜の所要部表面に導電性ナノチューブの基端部を接触配置して導電性皮膜と導電性ナノチューブをまず導通させ、さらに基端部を被覆する導電性堆積物を形成して両者間の導通を確実に保証する。従って、導電性ナノチューブの固定と同時に電圧印加及び通電を確実に保証できる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５２】
請求項３の発明によれば、導電性堆積物の上に更に導電性ナノチューブと導電性被膜に達する導電性コーティング膜を被覆形成するから、導電性ナノチューブとカンチレバーの導通状態をより一層確実にする導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５３】
請求項４の発明によれば、導電性堆積物の上から導電性ナノチューブとカンチレバー表面に到るように導電性コーティング膜を形成し、この導電性コーティング膜を導電性被膜として利用するから、構造が簡単で安価に導通性を確保できる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５４】
請求項５の発明によれば、導電性コーティング膜をナノチューブの先端部及び先端を被覆するように形成しているから、ナノチューブ探針に導電性物質の性質を付与できる。この特定の性質を有するプローブを用いて、この性質が敏感に感応する試料表面の特定の物性を高感度に検出することができる。
【００５５】
請求項６の発明によれば、前記導電性コーティング膜を構成する導電性物質が磁性金属であるから、このプローブを用いて試料表面を走査すると、試料表面の原子レベルでの磁気情報を高感度に検出することができる。
【００５６】
請求項７の発明によれば、請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて、電圧の印加によりプローブから試料表面上に金属原子を自在に移動させることができ、試料表面にナノ回路やナノ構造物を形成することができる。
【００５７】
請求項８の発明によれば、直径が５０ｎｍ以下という極小のナノ構造物を試料表面に形成することが可能になり、ナノエンジニアリングの一手法を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第１実施形態の概略説明図である。
【図２】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第２実施形態の概略説明図である。
【図３】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第３実施形態の概略説明図である。
【図４】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第４実施形態の概略説明図である。
【図５】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第５実施形態の概略説明図である。
【図６】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第６実施形態の概略説明図である。
【図７】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて試料表面に微小ドットを形成する概略説明図である。
【符号の説明】
４・・・カンチレバー
６・・・カンチレバー部
８・・・突出部
１０・・・突出部表面
１２・・・ナノチューブ
１４・・・先端部
１４ａ・・先端
１６・・・基端部
１７・・・導電性被膜
１８・・・導電性堆積物
２０・・・走査型顕微鏡用プローブ
２２・・・導電性コーティング膜
２２ａ・・導電性コーティング膜先端
２４・・・試料
２４ａ・・試料表面
２６・・・電源
２８・・・微小ドット
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ナノチューブを探針として用いて試料表面の構造を撮像する走査型顕微鏡用プローブに関し、更に詳細には、導電性ナノチューブとカンチレバーを導電性堆積物、導電性皮膜及び導電性コーティング膜により電気的に導通させ、導電性ナノチューブと試料間に電圧を印加したり通電を可能にした導電性走査型顕微鏡用プローブ及びこれを用いた加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＦＭで略称される原子間力顕微鏡により試料表面の構造を撮像するには、試料表面に接触させて信号を取り出す探針が必要である。従来、この探針としてはカンチレバー部の先端に突出部（ピラミッド部とも呼ぶ）を形成したシリコン製又はシリコンナイトライド製のカンチレバーが知られている。
【０００３】
従来のカンチレバーは、リソグラフィ、エッチング等のマイクロファブリケーション技術を用いて作成されている。このカンチレバーは、突出部の先端で試料表面の原子間力を検出するから、先端の先鋭度により撮像精度が決まってしまう。そこで、探針となる突出部先端の先鋭加工には、半導体加工技術を利用した酸化工程と酸化膜のエッチング工程が利用されている。しかし、現在の半導体加工技術にも微小化の限界があるため、前記突出部先端の先鋭度にも物理的限界があった。
【０００４】
一方、新規な炭素構造としてカーボンナノチューブが発見された。このカーボンナノチューブは、直径が約１ｎｍから数十ｎｍ、長さが数μｍであり、アスペクト比（長さ／直径）は１００〜１０００程度になる。現在の半導体技術では直径が１ｎｍの探針を作成することは困難であり、この点から考えると、カーボンナノチューブはＡＦＭ用探針として最高の条件を備えている。
【０００５】
このような中で、Ｈ．Ｄａｉ等はＮＡＴＵＲＥ（Ｖｏｌ．３８４，１４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９６）においてカーボンナノチューブをカンチレバーの突出部の先端に張り付けたＡＦＭ用プローブを報告した。彼らのプローブは画期的ではあったが、カーボンナノチューブを突出部に付着させたものに過ぎないため、試料表面を何回か走査している間にカーボンナノチューブが突出部から脱落してしまう性質があった。
【０００６】
本発明者等はこの弱点を解決するために、カーボンナノチューブをカンチレバーの突出部に強固に固着させる固定方法を開発するに到った。この開発の成果は、特開２０００−２２７４３５号として第１固定方法が、また特開２０００−２４９７１２号として第２固定方法が公開されている。
【０００７】
前記第１の固定方法は、ナノチューブの基端部に電子ビームを照射してコーティング膜を形成し、このコーティング膜によりナノチューブをカンチレバー突出部に被覆固定する方法である。第２の固定方法は、ナノチューブの基端部に電子ビーム照射又は通電して、ナノチューブ基端部をカンチレバー突出部に融着固定する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、市販されているカンチレバーは半導体加工技術を用いて生産されているため、その材質はシリコン又はシリコンナイトライドである。シリコンが半導体であるのに対して、シリコンナイトライドは絶縁体である。従って、カーボンナノチューブ等の導電性ナノチューブをカンチレバーの突出部に固定しても、カンチレバー自体が導電性を有していないために、導電性ナノチューブ探針と試料の間に電圧を印加したり、探針に電流を流すことはできなかった。
【０００９】
プローブが通電性を有さない場合には、その用途には大きな制限が存在することを意味する。例えば、このプローブをトンネル顕微鏡（ＳＴＭ）に用いることはできない。トンネル顕微鏡は探針と試料の間に流れるトンネル電流を検出して試料を撮像するからである。
【００１０】
また、このプローブを用いて試料表面上で原子を堆積させたり、原子を移動させたり、原子を取り出したりすることができない。このように原子を操作して試料を加工するには、探針に電圧を印加することが必要である。このナノ加工は、バイオと並ぶ２１世紀の基本技術と考えられており、これができないということは、プローブ自体の将来性を狭めてしまうことに繋がる。
【００１１】
従って、本発明の目的とするところは、導電性ナノチューブからなる探針とカンチレバーを電気的に導通させて、導電性ナノチューブと試料の間に電圧を印加したり、通電させたりすることができる導電性走査型顕微鏡用プローブを実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カンチレバーに固着された導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの表面に形成された導電性被膜と、カンチレバーの所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この導電性ナノチューブの基端部から前記導電性皮膜の一部を被覆して導電性ナノチューブを固定する有機ガスの導電性分解堆積物から構成され、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性分解堆積物により導通状態にしたことを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１３】
請求項２の発明は、カンチレバーに固着された導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの表面に形成された導電性被膜と、この導電性皮膜の所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、その基端部を被覆して導電性ナノチューブを固定する導電性堆積物から構成され、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性堆積物により導通状態にしたことを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１４】
請求項３の発明は、前記導電性堆積物の上に更に導電性ナノチューブと導電性被膜に達する導電性コーティング膜を被覆形成し、導電性ナノチューブとカンチレバーの導通状態を確実にする請求項１又は２に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１５】
請求項４の発明は、カンチレバーに固着した導電性ナノチューブ探針の先端部により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの所要部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この基端部を被覆して導電性ナノチューブをカンチレバーに固定する導電性堆積物と、この導電性堆積物の上から導電性ナノチューブとカンチレバー表面に到るように形成された導電性コーティング膜から構成され、導電性ナノチューブとカンチレバーを導通状態にすることを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１６】
請求項５の発明は、前記導電性コーティング膜はナノチューブの先端部及び先端を被覆するように形成される請求項３又４に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１７】
請求項６の発明は、前記導電性コーティング膜を構成する導電性物質が磁性物質である請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブを用い、その導電性コーティング膜を金属膜で形成して金属源とし、この導電性走査型顕微鏡用プローブと試料間に所定電圧を印加して、ナノチューブの先端から試料表面に前記金属源に属する金属原子を電界によりイオン放出し、試料表面に金属堆積物を形成することを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブを用いた試料の加工方法である。
【００１９】
請求項８の発明は、前記金属堆積物の直径が５０ｎｍ以下である請求項７に記載の加工方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者等は導電性走査型顕微鏡用プローブの開発について鋭意検討した結果、導電性ナノチューブとカンチレバーとの間を導電性被膜又は導電性コーティング膜により電気的に連結する方法を想到するに到った。
【００２１】
基本構造は、カンチレバーに導電性被膜を形成しておき、この導電性被膜と導電性ナノチューブを導電性堆積物で導通させる構造である。この導通性を確実にするために、導電性堆積物の上から導電性コーティング膜を形成し、導電性ナノチューブと導電性被膜を強制導通させる構造を採っている。
【００２２】
導電性ナノチューブとは、電気的な導通性を有するナノチューブである。一般に、導電性ナノチューブにはカーボンナノチューブ等があり、絶縁性ナノチューブにはＢＮ系ナノチューブ、ＢＣＮ系ナノチューブ等がある。しかし、この絶縁性ナノチューブの表面に導電性被膜を形成すれば、絶縁性ナノチューブを導電性ナノチューブに転換できる。導電性ナノチューブは加工により導電性を獲得したナノチューブも含む。
【００２３】
カンチレバーに形成される導電性被膜は、金属被膜やカーボン被膜などの電気的導通性を有する被膜を言う。その製法には、蒸着・イオンプレーティング・スパッタリング等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的気相反応法（ＣＶＤ）、電気メッキや無電界メッキなど各種の方法が利用できる。このようにして形成された導電性被膜は外部電源を接続する電極の機能を有する。
【００２４】
導電性ナノチューブをカンチレバーに固着させる導電性堆積物は、炭化水素系ガスや有機金属ガスなどの有機ガスを電子ビームやイオンビーム等で分解しながら分解ガスを所要部に堆積させて形成される。材料はカーボン堆積物や金属堆積物などの導電性材料が利用される。
【００２５】
有機ガスが炭化水素系ガスの場合には、前記分解堆積物は炭素堆積物になる。一般に、炭素堆積物がグラファイト物質からなる場合には導電性を有するが、アモルファスカーボンからなる場合には膜厚により導電性から絶縁性に広く分布する。アモルファスカーボンでは膜厚が薄いと導電性になり、厚くなると絶縁性になる。従って、導電性の極薄膜炭素堆積物により導電性ナノチューブをカンチレバーの所要部に固着させて導通を確保することになる。
【００２６】
有機ガスが有機金属ガスの場合には、前記分解堆積物は金属堆積物となる。この金属堆積物は導電性を有するから、本発明の導電性堆積物として利用される。金属堆積物は膜厚の大小に拘わらず導電性を有するから、導電性を確実にするには炭素堆積物より金属堆積物の方が利便性が高い。
【００２７】
前記炭化水素系物質としては、メタン系炭化水素、エチレン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、環状炭化水素などがあり、具体的にはエチレンやアセチレンなど比較的分子量の小さな炭化水素が好ましい。また、前記有機金属ガスとしては、例えばＷ（ＣＯ）６、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２（ｈｆａｃ：ｈｅｘａ−ｆｌｕｏｒｏ−ａｃｅｔｙｌ−ａｃｅｔｏｎａｔｅ）、（ＣＨ３）２ＡｌＨ、Ａｌ（ＣＨ２−ＣＨ）（ＣＨ３）２、［（ＣＨ３）３Ａｌ］２、（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ、（ＣＨ３）３Ａｌ、（ｉ−Ｃ４Ｈ９）３Ａｌ、（ＣＨ３）３ＡｌＣＨ３、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｆｅ（ＣＯ）４、Ｃｒ［Ｃ６Ｈ５（ＣＨ３）２］、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｐｂ（Ｃ２Ｈ５）４、Ｐｂ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２、（Ｃ２Ｈ５）３ＰｂＯＣＨ２Ｃ（ＣＨ３）２、（ＣＨ３）４Ｓｎ、（Ｃ２Ｈ５）４Ｓｎ、Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４、Ｚｒ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）４、Ｌａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｓｒ［Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）６］２、Ｓｒ［Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５（ＯＣ２Ｈ４ＯＣＨ３）］２、Ｓｒ［Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５（ＯＣ２Ｈ４ＯＣＨ３）］２、Ｓｒ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｂａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、（Ｂａ，Ｓｒ）３（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）６、Ｐｂ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｚｒ（ＯｔＣ４Ｈ９）４、Ｚｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｔｉ（ＯｉＣ３Ｈ７）２（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２、Ｂｉ（ＯｔＣ５Ｈ１１）３、Ｂｉ（Ｃ６Ｈ５）３、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｔａ（ＯｉＣ３Ｈ７）５、Ｎｂ（ＯｉＣ３Ｈ７）５、Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ｙ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｒｕ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３、Ｒｕ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）２、Ｉｒ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（Ｃ８Ｈ１２）、Ｐｔ（Ｃ５Ｈ４Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、Ａｓ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｂ（ＯＣＨ３）３、Ｃａ（ＯＣＨ３）２、Ｃｅ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃｏ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｄｙ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｅｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｅｕ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、Ｆｅ（ＯＣＨ３）３、Ｇａ（ＯＣＨ３）３、Ｇｄ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｈｆ（ＯＣＨ３）４、Ｉｎ（ＯＣＨ３）３、ＫＯＣＨ３、ＬｉＯＣＨ３、Ｍｇ（ＯＣＨ３）２、Ｍｎ（ＯｉＣ３Ｈ７）２、ＮａＯＣＨ３、Ｎｄ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｐｏ（ＯＣＨ３）３、Ｐｒ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ＯＣＨ３）３、Ｓｃ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＶＯ（ＯＣＨ３）３、Ｙｂ（ＯｉＣ３Ｈ７）３、Ｚｎ（ＯＣＨ３）２等が利用できる。
【００２８】
導電性コーティング膜は、導電性堆積物を被うように形成され、しかも導電性ナノチューブから導電性被膜に亘って被覆形成される。つまり、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性コーティング膜により導通させるものである。また、導電性被膜がない場合でも、この導電性コーティング膜をカンチレバー部表面にまで形成して、電極膜として利用する。
【００２９】
従って、導電性コーティング膜は極めて狭い領域に形成される場合も、広い領域に亘って形成される場合も存する。狭い領域に形成する場合には、導電性堆積物の形成方法を採用できる。つまり、狭い領域では、電子ビームやイオンビーム等のビームを利用して有機ガスを分解し、この分解ガスを局所的に堆積させて導電性コーティング膜を形成する。また、広い領域では、蒸着・イオンプレーティング・スパッタリング等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的気相反応法（ＣＶＤ）、電気メッキや無電界メッキなど各種の方法が利用できる。
【００３０】
導電性コーティング膜がナノチューブの先端及び先端部を被覆して形成される場合には、ナノチューブ探針にその導電性物質の性質を付与することになる。例えば、導電性物質としてＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性金属を用いた場合には、ナノチューブ探針が試料表面の磁性を検出できる。つまり、このプローブが試料の磁性分布などを検出する磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）の探針と機能することができる。
【００３１】
先端まで金属被覆されたこの導電性走査型顕微鏡用プローブを試料に接近させ、試料を陰極、プローブを陽極となるように試料・プローブ間に電圧を印加すると、ナノチューブ先端と試料間に形成される超高電界によりナノチューブ先端の金属がイオン化される。この金属イオンが電界により試料表面に衝突し、試料表面に金属堆積物が形成される。このように、電圧の印加によって、試料に対し金属原子の移動・堆積などの加工を行うことができる。
【００３２】
以下に、本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブ及びこれを用いた加工方法の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第１実施形態の概略説明図である。カンチレバー４はＡＦＭの探針として用いられる部材で、カンチレバー部６とその先端に突出状に形成された突出部８から構成される。このカンチレバー４には、カンチレバー部６から突出部表面１７に到るまで導電性皮膜１７が形成されている。この導電性皮膜１７は金属や炭素などの導電性材料から構成されている。
【００３４】
突出部表面１０には、カーボンナノチューブ等の導電性ナノチューブ１２の基端部１６が接触して配置され、この実施形態では基端部１６と導電性被膜１７とは接触していない。導電性ナノチューブ１２の先端部１４は外方に突出しており、その先端１４ａが信号検出用の探針先端となる。
【００３５】
基端部１６は金属や炭素などの導電性堆積物１８により突出部表面１０に強固に固着されており、この導電性堆積物１８によって導電性ナノチューブ１２がカンチレバー４と一体に固定されて導電性走査型顕微鏡用プローブ２０（以後プローブと称する）が完成する。導電性堆積物１８による固定が強固であるほど、導電性ナノチューブ１２の脱落は無くなり、プローブ２０の耐久性が向上する。
【００３６】
また、この導電性堆積物１８は導電性被膜１７の一端を被って形成されている。従って、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７とは導電性堆積物１８により電気的に導通状態にある。カンチレバー部６の導電性被膜１７は電極膜の機能を有し、この電極を通して導電性ナノチューブ１２に電圧を印加したり、通電させたりできる。
【００３７】
図２は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第２実施形態の概略説明図である。図１と同一部分には同一番号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。この実施形態では、導電性皮膜１７はカンチレバー部６だけでなく突出部８の全表面にまで形成されている。
【００３８】
導電性ナノチューブ１２の基端部１６は突出部表面１０の導電性皮膜１７上に接触配置される。この基端部表面を被うように導電性堆積物１８が形成されて導電性ナノチューブ１２を強固にカンチレバー４に固着し、プローブ２０が完成する。基端部１６が導電性被膜１７に接触しているから、両者は電気的に導通している。この導通を確実にするために導電性堆積物１８が機能する。
【００３９】
基端部１６と導電性被膜１７の間に何らかの理由で汚れなどの絶縁物が介在する場合には、基端部１６と導電性被膜１７の導通は確実ではない。この場合には、両者の導通性は導電性堆積物１８によって達成される。即ち、この実施形態では、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７との接触、及び導電性堆積物による両者間の強制導通と２重の電気的導通が確保され、導通の確実性が保証される。
【００４０】
図３は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第３実施形態の概略説明図である。この第３実施形態は、導電性コーティング膜２２を第２実施形態に形成したものである。即ち、導電性コーティング膜２２を導電性堆積物１８を被うように導電性ナノチューブ１２から導電性被膜１７に亘って形成し、導電性ナノチューブ１２と導電性被膜１７の電気的導通を更に確実に保証するものである。
【００４１】
図４は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第４実施形態の概略説明図である。この第４実施形態では、導電性被膜１７をカンチレバー４に形成していない。作成手順は、導電性ナノチューブ１２の基端部１６をカンチレバー４の突出部表面１０に接触配置し、その上から導電性堆積物１８を形成して強固に固着し、更にその上から導電性コーティング膜２２を形成してプローブ２２を完成する。
【００４２】
この導電性コーティング膜２２は、導電性堆積物１８を被うように導電性ナノチューブ１２からカンチレバー部６に亘って形成され、カンチレバー部６上の導電性コーティング膜２２が電極膜として機能する。従って、この導電性コーティング膜２２により導電性ナノチューブ１２とカンチレバー４とを導通させ、この導電性コーティング膜２２から外部電源により導電性ナノチューブ１２に対し電圧印加や通電を行う。
【００４３】
図５は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第５実施形態の概略説明図である。この第５実施形態は、第３実施形態の導電性コーティング膜２２をナノチューブ１２の先端部１４を被覆するように延長形成したものである。この導電性コーティング膜２２は先端２２ａを被覆しており、導電性物質の性質を探針に付与するものである。
【００４４】
導電性コーティング膜がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような強磁性金属原子から構成される場合には、ナノチューブ探針が試料の磁性を検出する性質を有する。つまり、試料表面の磁性を探針先端の強磁性金属が検出し、試料表面の磁気像を撮像できるようになる。
【００４５】
図６は本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第６実施形態の概略説明図である。この第６実施形態は、第４実施形態の導電性コーティング膜２２をナノチューブ１２の先端部１４を被覆するように延長形成したものである。この導電性コーティング膜２２は先端２２ａを被覆しており、導電性物質の性質を探針に付与している。この探針の機能は第５実施形態と同様であるから、その説明を省略する。
【００４６】
図７は、本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて試料表面に微小ドットを形成する概略説明図である。プローブ２０は第５実施形態で作成された導電性走査型顕微鏡用プローブで、このプローブ２０の導電性被膜１７と試料２４の間に電源２６を接続し、例えば１０Ｖ程度の直流電圧を印加する。
【００４７】
導電性コーティング被膜２２を金属で形成し、導電性被膜１７を陽極、試料２４を陰極になるように電圧を印加すると、コーティング被膜先端２２ａから試料表面に超高電界が点線のように形成される。この電界により、金属原子がイオン化され、電界力によって矢印ａ方向に加速され、試料表面に堆積して微小ドット２８が堆積形成される。
【００４８】
ナノチューブ１２の直径は最小で約１ｎｍであり、この細いナノチューブ１２を金属源とするため、直径が５０ｎｍ以下の微小ドットを容易に形成することができる。この微小ドット２８を用いて試料表面２４ａにナノ回路やナノ構造物などを形成できるため、本発明のプローブ２０を用いてナノエンジニアリングの一手法を確立することができる。
【００４９】
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や設計変更なども本発明の技術的範囲内に包含されることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、導電性ナノチューブと導電性被膜を導電性分解堆積物により導通状態にするから、外部電源を導電性被膜に接続して導電性ナノチューブに電圧を印加したり、通電することができる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、導電性皮膜の所要部表面に導電性ナノチューブの基端部を接触配置して導電性皮膜と導電性ナノチューブをまず導通させ、さらに基端部を被覆する導電性堆積物を形成して両者間の導通を確実に保証する。従って、導電性ナノチューブの固定と同時に電圧印加及び通電を確実に保証できる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５２】
請求項３の発明によれば、導電性堆積物の上に更に導電性ナノチューブと導電性被膜に達する導電性コーティング膜を被覆形成するから、導電性ナノチューブとカンチレバーの導通状態をより一層確実にする導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５３】
請求項４の発明によれば、導電性堆積物の上から導電性ナノチューブとカンチレバー表面に到るように導電性コーティング膜を形成し、この導電性コーティング膜を導電性被膜として利用するから、構造が簡単で安価に導通性を確保できる導電性走査型顕微鏡用プローブを提供できる。
【００５４】
請求項５の発明によれば、導電性コーティング膜をナノチューブの先端部及び先端を被覆するように形成しているから、ナノチューブ探針に導電性物質の性質を付与できる。この特定の性質を有するプローブを用いて、この性質が敏感に感応する試料表面の特定の物性を高感度に検出することができる。
【００５５】
請求項６の発明によれば、前記導電性コーティング膜を構成する導電性物質が磁性金属であるから、このプローブを用いて試料表面を走査すると、試料表面の原子レベルでの磁気情報を高感度に検出することができる。
【００５６】
請求項７の発明によれば、請求項５に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて、電圧の印加によりプローブから試料表面上に金属原子を自在に移動させることができ、試料表面にナノ回路やナノ構造物を形成することができる。
【００５７】
請求項８の発明によれば、直径が５０ｎｍ以下という極小のナノ構造物を試料表面に形成することが可能になり、ナノエンジニアリングの一手法を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第１実施形態の概略説明図である。
【図２】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第２実施形態の概略説明図である。
【図３】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第３実施形態の概略説明図である。
【図４】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第４実施形態の概略説明図である。
【図５】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第５実施形態の概略説明図である。
【図６】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブの第６実施形態の概略説明図である。
【図７】本発明に係る導電性走査型顕微鏡用プローブを用いて試料表面に微小ドットを形成する概略説明図である。
【符号の説明】
４・・・カンチレバー
６・・・カンチレバー部
８・・・突出部
１０・・・突出部表面
１２・・・ナノチューブ
１４・・・先端部
１４ａ・・先端
１６・・・基端部
１７・・・導電性被膜
１８・・・導電性堆積物
２０・・・走査型顕微鏡用プローブ
２２・・・導電性コーティング膜
２２ａ・・導電性コーティング膜先端
２４・・・試料
２４ａ・・試料表面
２６・・・電源
２８・・・微小ドット
Claims (3)
- カンチレバーに固着された導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、カンチレバーの突出部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この導電性ナノチューブから分離されて前記カンチレバーの突出部及びカンチレバー部の表面に形成された導電性被膜と、この導電性ナノチューブの基端部から前記導電性被膜の一部を被覆して導電性ナノチューブを固定する堆積物から構成され、この堆積物が有機金属ガスを電子ビーム又はイオンビームで分解して堆積させた金属堆積物であり、導電性ナノチューブと導電性被膜を金属堆積物により導通状態にしたことを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブ。
- 前記堆積物の上に更に導電性ナノチューブと導電性被膜に達する導電性コーティング膜を被覆形成し、導電性ナノチューブと導電性被膜の導通状態を確実にする請求項１に記載の導電性走査型顕微鏡用プローブ。
- カンチレバーに固着した導電性ナノチューブ探針の先端により試料表面の物性情報を得る走査型顕微鏡用プローブにおいて、前記カンチレバーの突出部表面に基端部を接触配置された導電性ナノチューブと、この基端部を被覆して導電性ナノチューブをカンチレバーに固定する堆積物と、この堆積物の上から導電性ナノチューブとカンチレバー部の表面に到るように形成された導電性コーティング膜から構成され、前記堆積物が有機金属ガスを電子ビーム又はイオンビームで分解して前記基端部に堆積させた金属堆積物であり、この金属堆積物と導電性コーティング膜と導電性ナノチューブとを導通状態にすることを特徴とする導電性走査型顕微鏡用プローブ。
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