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研究設備一覧Research equipments

成膜装置、ナノ加工装置

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「超高真空MBE&マグネトロンスパッタ装置」
MBE & Sputtering machine with ultra high vacuume

超高真空分子線ビームエピタキシー(MBE)で作成した試料を超高真空を保ったまま真空を破らずに超高真空マグネトロンスパッタ装置に移動して連続製膜することができます。MBEのソースは5種類、スパッタ装置のターゲットは7種類(RF3極、DC3極)であり、最大12種類の成膜が可能です。さらに交互成膜もできるため原子層レベルでのマテリアルデザインが可能です。また、試料を入れるロードロック室には5枚の基板を仕込むことができるため、真空を破ることなく5種類の連続成膜が可能です。さらに、装置内には反射高速電子線回折装置(RHEED)も常設されているため、成膜中の結晶成長状態をその場観察することも可能です。光ディスクやHDDの記録膜、液晶テレビや太陽電池の電極などほとんどの成膜技術にはスパッタが用いられているため、この習得は大切。


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「超高真空イオンビームスパッタ装置&Arイオンエッチング装置」Ion beam sputtering machine with Ar ion etching

マグネトロンスパッタは試料がプラズマに晒されるため、Arガス混入や電子の過剰侵入による膜質劣化が問題となりますが、これを回避するためにはプラズマフリーのスパッタが必要で、それがイオンビームスパッタです。成膜室と離れた場所でプラズマを形成し、イオン化したガスを電界で試料基板に誘導堆積する成膜方法です。ここにもRHEEDがついており、成膜中の結晶状態をその場観察することができます。また、このプラズマ発生にはマイクロ波を用いており密度の高い緻密な成膜が可能です。同様のマイクロ波源は基板側にもついており、基板側をArエッチングすることもできます。なお、ターゲットは4種類セットできるため4種類の連続製膜が可能です。


○○○○○○○○イメージ「電子線描画装置付き高分解能FE-SEM(JEOL6500F)」
SEM with electron beam lithography

高分解能表面観察が可能となる電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM 加速電圧30kV)で詳細な表面観察ができる。また、これには東京テクノロジー社製の電子線描画装置(Beam Draw)が増設してあり、線幅100nm前後の電子線描画が可能である。基板をスピナーにセットし電子線描画用レジストを塗布し、本装置にて任意のパターンを形成し、この上に前述マグネトロンスパッタ装置で成膜、リフトオフプロセスで磁性細線を得る。この一連の実験を研究室内で回すことができる。



○○○○○○○○イメージ「集束イオンビーム装置(FIB 日立FB-2000A)」

日立製集束イオンビーム装置ではGaイオンビームを作成し、複雑な形状をした試料の断面を薄片化してTEMあるいはSEMの観察試料を加工することができる。また、その精度の高さから作成した磁性細線を局所的に補足したり、磁壁のピンニングサイトを作成することもできる。このほか、磁性量子ドットの作成やGaイオン打ち込み効果を利用したナノメータサイズの微小磁石も作ることができる。これを利用してDNAや生体物質をマイクロ流路で操作する際、任意の場所に局所磁界を照射することもできる。また、メタマテリアル材料加工にも使えるためスピン太陽電池など様々なアイデアを試すことができる。


                  

                  「ナノインプリント(Nano-imprint) 装置」

                   最大温度500℃の真空熱プレス可能なナノインプリント装置
                   ワークとスタンパ間のエアを真空排気できるため、良好な
                   ナノインプリント基板を作成できる。










観察装置、評価装置

                      「TMRヘッドを用いたナノ磁区観察装置」
                      (Nano magnetic microscopy with TMR head)」

                       30nm x 30nmのTMRヘッドをXYスキャンすることで、
                       高分解能な磁区観察が可能。測定の時間分解能も700MHzと  
                       高い。AFM信号が重畳するMFMと異なり、磁化情報だけの
                       ダイレクト測定ができる。また、50nm x 50nmの垂直磁気
                       記録ヘッドも搭載しており、最大1T、記録周波数もGHz
                       まで対応。更に、20nm x 120nmの抵抗素子も搭載しており、
                       試料通電による高分解能な熱分布のイメージや熱レスポンスの
                       測定も可能。                      
                          


                   「原子間力顕微鏡及び磁気力顕微鏡」(MFM)

                      細い探針を試料表面に近づけると原子間力が急激に強くなる。
                      この探針を試料表面に近づけて原子間力が一定になるように
                      スキャンすると原子間力の表面イメージを得ることができる。
                      これは原子オーダーでの凹凸形状を観察することができるので
                      原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy : AFM)と呼ばれている。
                      同様に探針表面に磁性膜を形成すると、試料表面の磁気力との
                      相互作用イメージを得ることができる。これは磁気力顕微鏡
                      (Magnetic ForceMicroscopy:MFM)と呼ばれている。空間分解能は
                      30nmと高く、磁壁移動状態を詳細に調べることができる。



                  「電磁石及び青色レーザー照射可能な高分解能偏光顕微鏡」
                  Polar Kerr microscope with bleu laser irradiation

                     水銀ランプ、100倍対物レンズ、油浸の組み合わせで分解能は200nm
                     前後である。観察光と同軸上に青色レーザーを照射できるようになって
                     おり、光磁気記録さらに同一レーザー光で試料局部の極Kerr効果を評価
                     することもできる。印加可能な磁界強度は1Tであり、磁性試料の局所
                     ヒステリシスループ測定や試料の着磁、反転磁区像などを調べることも
                     できる。また、油浸の場合にはレンズと試料の間の空隙が1mm程度と
                     近く、電極付けが難しくなるが、50倍の対物レンズを使うと空隙は
                     10mmと広くなる。電流源にはPico second社の短パルス電源 (立上
                     り、立下り時間は30psec, 可変パルス幅1〜100nsec)で高抵抗な磁性
                     細線にもパルス電流を入射できる。信号の高速レスポンスは帯域2GHz
                     のデジタルオシロを利用することができる。

「交番磁界型磁力型高感度磁力計
(AGFM Alternative Gradient Force Magnetometer)」
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Co わずか1 原子層でも磁化測定ができる高感度磁力計である。
測定感度は 10-6 emu。 しかも試料片の大きさはわずか3mm
角でよい。最大印加磁界は2Tであるが、磁界の高速スイープが
可能なため 1 ループ測定時間は 1 分程度と短くすることもできる。
測定プローブは極細のガラス線であるためこの高感度測定を可能に
するが、試料交換時に折れやすいので注意が必要である。







「レーザー光源極カー効果ヒステリシスループトレーサー 」
(Hall効果測定にも利用)
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Co わずか1 原子層でも極カー磁気光学効果が測定できるほど高感度な
測定器である。光源には650nm赤色レーザーを用いており印加可能な
外部磁界は1.4Tである。1ループの測定には5分ほどであり、AGFMと
異なり試料は試料台にのせるだけでよい。磁気光学効果は磁性体内の
電子状態密度のスピン分極状態から生じるため、フェルミ面よりも数
eV高い領域のアップスピンとダウンスピンの差を知ることができる。
この波長依存性を185nm〜赤外まで測定できる装置(トヨタマックス
製)も利用できる。一方、本装置でhall効果を測定することもできる。
これはフェルミ面付近のスピン分極に対応しているためカー効果測定器と
hall効果測定器の結果から広エネルギ範囲でスピン分極の分散状態を
測定することができる。

                      

波長可変磁気光学カー回転角、カー楕円率測定装置      ステージ温度変更可能なエリプソメータ
Polar Kerr rotation, Kerr ellipticity, Reflection     Ellipsometer with variable wavelength
with variable wavelength
 

極磁気光学Kerr効果、Kerr楕円率、反射率同時測定が   日本分光製のエイプソメータで試料ステージの温度を
可能。白色光を分光することにより測定波長は260nmから   室温から600℃まで変えることができる。
800nmまで変更することができる。印加磁界強度は最大    白色分光により測定波長を350nmから800nm変更
2Tで、試料温度は液体窒素温度から200℃まで変える    できるため屈折率のスペクトルが測定可能
ことができる。
                       
        

                     











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