走査型熱顕微鏡のプローブ
【課題】本発明は、走査型熱顕微鏡のプローブに関する。
【解決手段】本発明に係る走査型顕微鏡のプローブは、カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含む。前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成される。前記カーボンナノの一端は前記熱電対に接続される。
【解決手段】本発明に係る走査型顕微鏡のプローブは、カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含む。前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成される。前記カーボンナノの一端は前記熱電対に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型熱顕微鏡のプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型熱顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴｈＭ）は、走査型顕微鏡に温度計測機能を付加し、試料表面形状と温度や熱物性値分布を微小スケールで同時に計測するという装置である。一般に、ＳＴｈＭに取り付けられた試料プローブは視野内の表面上の所定位置に配置される。それから、局所熱量測定はその位置で局部相転移を誘発し検出することによって行われる。これはプローブに電流を流すことによりプローブの温度に勾配をつけることによって達成される。プローブ電流に変調成分を加えることにより、その温度勾配に小さな温度振動（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が重ねられる。試料表面を走査することによって、試料上の特定位置に対応してコントラストが生じて特定位置における試料の熱的性質の画像をつくりだすことができる。
【０００３】
一般に、プローブの末端には抵抗素子が設置される。その抵抗素子の抵抗値は温度によって変動する。逆に言えば、その温度はその中に適切な値の電流を通すことによって設定できる。プローブはその中に電流を流すことによって高度に局在化した熱源として使用される。プローブが試料表面に近づくとプローブから試料に熱が流れる。流れる熱の量はプローブ下の位置における試料の様々な性質に従って変動する。この変動する熱流は抵抗素子の温度を変化させ、それによって、その抵抗を変化させる。前記温度の変化により、被走査領域にわたる熱伝導度及び／又は拡散率の変動がコントラストで表され、熱的性質の画像が描かれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のＳＴｈＭのプローブにより、２０ｎｍ以上の空間分解能で熱画像計測が可能であるので、被観測物の寸法に制限されるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る走査型顕微鏡のプローブは、カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含む。前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成される。前記カーボンナノの一端は前記熱電対に接続される。
【０００６】
前記カーボンナノチューブは前記熱電対に垂直に設置される。
【０００７】
前記カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであり、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。
【０００８】
前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法又はアーク放電法で前記熱電対に成長され、又は、接着剤で前記熱電対に接着されることができる。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術と比べて、従来技術と比べて、本発明に係るＳＴｈＭのプローブにより、高空間分解能で試料の熱的性質の画像が描かれる。また、本発明に係るＳＴｈＭのプローブは寿命が長くになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ）のプローブについて詳しく説明する。
【００１１】
図１を参照すると、ＳＴｈＭのプローブ１０は、カンチレバー１６と、該カンチレバー１６の表面に形成された第一導電層１１と、該第一導電層１１の表面に形成される絶縁層１２と、該絶縁層１２に形成される第二導電層１３と、熱電対１４と、該熱電対１４の端部に設置されるカーボンナノチューブ１５と、を含む。
【００１２】
前記第一導電層１１は、タングステン、銅、シリコン、マグネシウムのいずれか一種又はその合金からなる。前記第二導電層１３は、金、ニッケル、クロムのいずれか一種又はそれらの合金からなる。前記第一導電層１１及び前記第二導電層１３は、前記絶縁層１２で分離される。前記第二導電層１３の厚さは４０〜８０ｎｍ程度に形成される。
【００１３】
前記絶縁部１２は厚さが８０〜１２０ｎｍに形成され、その中間の部分に穴が形成される。前記熱電対１４は、前記第一導電層１１の中間部が前記絶縁部１２の穴を通して突出して前記第二導電層１３と接触する部分である。前記熱電対１４は、前記第二導電層１３の一部が前記絶縁部１２の穴を通して突出して前記第一導電層１１と接触して構成されてもよい。
【００１４】
前記カーボンナノチューブ１５は、前記カンチレバー１６に対して垂直に前記熱電対１４の端部に設置される。前記カーボンナノチューブ１５は、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであってもよいが、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。単層カーボンナノチューブを利用する場合、前記ＳＴｈＭのプローブで１０ｎｍ以下の試料を測定することができる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ１５を前記熱電対１４に設置する方法は、直接成長方法及び組み合わせ方法がある。直接成長方法は、ＣＶＤで前記熱電対１４の端部に前記カーボンナノチューブ５０を直接的に成長させるという方法である。組み合わせ方法によれば、前記カーボンナノチューブ５０が前記熱電対１４に吸着され、又は、接着剤などを利用して前記カーボンナノチューブ５０を前記熱電対１４に接着させる。なお、前記カーボンナノチューブ１５は、長さが１μｍ、直径が１０ｎｍ程度に成長されることが好ましい。
【００１６】
従来技術と比べて、本発明に係るＳＴｈＭのプローブにカーボンナノチューブ１５を設置するので、カーボンナノチューブの良好な熱伝導性及び小さな寸法という特性を利用して、高空間分解能で試料の熱的性質の画像が描かれる。また、前記カーボンナノチューブ１５は径方向での電気伝導性が低く、微小な直径が有するので、前記カーボンナノチューブ１５と試料との間に過多の電流が漏れることを防止することができる。さらに、カーボンナノチューブは良好な機械性能を有するので、ＳＴｈＭのプローブの寿命が長くになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係る走査型熱顕微鏡のプローブの模式図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０ 走査型熱顕微鏡のプローブ
１１ 第一導電層
１２ 絶縁層
１３ 第二導電層
１４ 熱電対
１５ カーボンナノチューブ
１６ カンチレバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型熱顕微鏡のプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型熱顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴｈＭ）は、走査型顕微鏡に温度計測機能を付加し、試料表面形状と温度や熱物性値分布を微小スケールで同時に計測するという装置である。一般に、ＳＴｈＭに取り付けられた試料プローブは視野内の表面上の所定位置に配置される。それから、局所熱量測定はその位置で局部相転移を誘発し検出することによって行われる。これはプローブに電流を流すことによりプローブの温度に勾配をつけることによって達成される。プローブ電流に変調成分を加えることにより、その温度勾配に小さな温度振動（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）が重ねられる。試料表面を走査することによって、試料上の特定位置に対応してコントラストが生じて特定位置における試料の熱的性質の画像をつくりだすことができる。
【０００３】
一般に、プローブの末端には抵抗素子が設置される。その抵抗素子の抵抗値は温度によって変動する。逆に言えば、その温度はその中に適切な値の電流を通すことによって設定できる。プローブはその中に電流を流すことによって高度に局在化した熱源として使用される。プローブが試料表面に近づくとプローブから試料に熱が流れる。流れる熱の量はプローブ下の位置における試料の様々な性質に従って変動する。この変動する熱流は抵抗素子の温度を変化させ、それによって、その抵抗を変化させる。前記温度の変化により、被走査領域にわたる熱伝導度及び／又は拡散率の変動がコントラストで表され、熱的性質の画像が描かれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のＳＴｈＭのプローブにより、２０ｎｍ以上の空間分解能で熱画像計測が可能であるので、被観測物の寸法に制限されるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る走査型顕微鏡のプローブは、カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含む。前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成される。前記カーボンナノの一端は前記熱電対に接続される。
【０００６】
前記カーボンナノチューブは前記熱電対に垂直に設置される。
【０００７】
前記カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであり、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。
【０００８】
前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法又はアーク放電法で前記熱電対に成長され、又は、接着剤で前記熱電対に接着されることができる。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術と比べて、従来技術と比べて、本発明に係るＳＴｈＭのプローブにより、高空間分解能で試料の熱的性質の画像が描かれる。また、本発明に係るＳＴｈＭのプローブは寿命が長くになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る走査型熱顕微鏡（ＳＴｈＭ）のプローブについて詳しく説明する。
【００１１】
図１を参照すると、ＳＴｈＭのプローブ１０は、カンチレバー１６と、該カンチレバー１６の表面に形成された第一導電層１１と、該第一導電層１１の表面に形成される絶縁層１２と、該絶縁層１２に形成される第二導電層１３と、熱電対１４と、該熱電対１４の端部に設置されるカーボンナノチューブ１５と、を含む。
【００１２】
前記第一導電層１１は、タングステン、銅、シリコン、マグネシウムのいずれか一種又はその合金からなる。前記第二導電層１３は、金、ニッケル、クロムのいずれか一種又はそれらの合金からなる。前記第一導電層１１及び前記第二導電層１３は、前記絶縁層１２で分離される。前記第二導電層１３の厚さは４０〜８０ｎｍ程度に形成される。
【００１３】
前記絶縁部１２は厚さが８０〜１２０ｎｍに形成され、その中間の部分に穴が形成される。前記熱電対１４は、前記第一導電層１１の中間部が前記絶縁部１２の穴を通して突出して前記第二導電層１３と接触する部分である。前記熱電対１４は、前記第二導電層１３の一部が前記絶縁部１２の穴を通して突出して前記第一導電層１１と接触して構成されてもよい。
【００１４】
前記カーボンナノチューブ１５は、前記カンチレバー１６に対して垂直に前記熱電対１４の端部に設置される。前記カーボンナノチューブ１５は、単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであってもよいが、単層カーボンナノチューブであることが好ましい。単層カーボンナノチューブを利用する場合、前記ＳＴｈＭのプローブで１０ｎｍ以下の試料を測定することができる。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ１５を前記熱電対１４に設置する方法は、直接成長方法及び組み合わせ方法がある。直接成長方法は、ＣＶＤで前記熱電対１４の端部に前記カーボンナノチューブ５０を直接的に成長させるという方法である。組み合わせ方法によれば、前記カーボンナノチューブ５０が前記熱電対１４に吸着され、又は、接着剤などを利用して前記カーボンナノチューブ５０を前記熱電対１４に接着させる。なお、前記カーボンナノチューブ１５は、長さが１μｍ、直径が１０ｎｍ程度に成長されることが好ましい。
【００１６】
従来技術と比べて、本発明に係るＳＴｈＭのプローブにカーボンナノチューブ１５を設置するので、カーボンナノチューブの良好な熱伝導性及び小さな寸法という特性を利用して、高空間分解能で試料の熱的性質の画像が描かれる。また、前記カーボンナノチューブ１５は径方向での電気伝導性が低く、微小な直径が有するので、前記カーボンナノチューブ１５と試料との間に過多の電流が漏れることを防止することができる。さらに、カーボンナノチューブは良好な機械性能を有するので、ＳＴｈＭのプローブの寿命が長くになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係る走査型熱顕微鏡のプローブの模式図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０ 走査型熱顕微鏡のプローブ
１１ 第一導電層
１２ 絶縁層
１３ 第二導電層
１４ 熱電対
１５ カーボンナノチューブ
１６ カンチレバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含み、
前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成され、
前記カーボンナノチューブの一端は前記熱電対に接続されることを特徴とする走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブは前記熱電対に垂直に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項２に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法又はアーク放電法で前記熱電対に成長され、又は、接着剤で前記熱電対に接着されることを特徴とする、請求項３に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項１】
カンチレバーと、該カンチレバーに形成される第一導電層と、該第一導電層に形成され、穴が設けられる絶縁層と、該絶縁層の表面に形成される第二導電層と、熱電対と、該熱電対の端部に設置されるカーボンナノチューブと、を含み、
前記第一導電層は前記絶縁層の穴を通して前記第二導電層と接触して、前記熱電対が形成され、
前記カーボンナノチューブの一端は前記熱電対に接続されることを特徴とする走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブは前記熱電対に垂直に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであることを特徴とする、請求項２に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法又はアーク放電法で前記熱電対に成長され、又は、接着剤で前記熱電対に接着されることを特徴とする、請求項３に記載の走査型熱顕微鏡のプローブ。
【図１】
【公開番号】特開２００７−８６０７９（Ｐ２００７−８６０７９Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５７５４８（Ｐ２００６−２５７５４８）
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（５０３０２３０６９）鴻富錦精密工業（深▲セン▼）有限公司 (399)
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【Ｆターム（参考）】
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