JP2009196041A - 微粒子の捕獲方法、配置方法及びこれに使用するプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、１個又は複数個の微粒子を選択して捕獲する技術、捕獲した微粒子をナノメートルの間隙を持つ金属電極間に配置し微粒子１個の物性計測を実現するための配置技術、及び微粒子の捕獲、配置に使用するプローブを提供することである。
【課題を解決するための手段】金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階及び微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階を含む微粒子の捕獲、配置、及び微粒子の捕獲、配置に使用するプローブである。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子の捕獲方法、配置方法及びこれに使用するプローブに関するものである。

金属、セラミクス、半導体を粒子状にすることで、体積に対して表面積の割合が増加する。また、粒径によって安定な結晶構造が異なってくる。このような効果により、微粒子は、通常示さない物性を示し、触媒として広く利用されている。

微粒子の透過電子顕微鏡観察が盛んに実施されていて、バルクの結晶構造との違いが研究されている。また、微粒子の電気的、磁気的計測は、作製した微粒子の焼結体（粉体に圧力をかけて、焼き固める）を作製後計測するのが主流である。
しかし、計測された結果は、粉体そのものの物性か、粉体間の界面による影響かを明確に分離することが困難である。そのため、その電気抵抗、磁気抵抗、熱伝導度の計測を、１個単位で、実施するには、新しいナノ計測手法の導入が必要となる。

なお微粒子を捕獲・配置する手法として光ピンセット技術が知られ、液体中の捕獲・配置を非接触で実現できるが、光の波長（数百ナノメートル程度）以上の微粒子を主として捕獲する技術に留まる。また微粒子に光を透過させて捕獲・移動を行うので、光を透過する試料に制限される。（非特許文献１参照）
OPTICS LETTERS Vol.11,No.5, May 1986,P288-290

本発明の課題は、１個又は複数個の微粒子を選択して捕獲する技術、捕獲した微粒子をナノメートルの間隙を持つ金属電極間に配置し微粒子１個又は複数個の物性計測を実現するための配置技術、及び微粒子の捕獲、配置に使用するプローブを提供することである。

上記課題は次のような手段により解決される。
（１）金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階及び微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階を含む微粒子の捕獲方法。
（２）金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階、微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階及び固定した微粒子を素子上の目的の場所に配置する段階を含む微粒子の配置方法。
（３）金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階、微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階及び固定した微粒子をナノメーターの間隙を持つ電極間に配置する段階を含む微粒子の配置方法。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の微粒子の捕獲方法又は配置方法に使用する、金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブ。

本発明によれば、微粒子１個又は複数個を捕獲することができる。また捕獲した微粒子を微粒子１個又は複数個の計測用のデバイスに配置し、微粒子１個又は複数個の電気抵抗、磁気抵抗等微粒子そのものの物性を精密に計測できる。
さらに本発明によれば、１個又は複数個の微粒子の捕獲・配置が実現することにより、目的とする異なる微粒子を含む複数個の微粒子の捕獲、配置も可能となる。

本発明の実施の形態について説明する。
本発明では、微粒子を捕獲するため電界研磨により先端を先鋭化したタングステン探針の先にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する。
そして走査型電子顕微鏡中に搭載した２つの独立可動ステージから成るマニピュレーターの１つのステージの先に上記プローブを取り付ける。一方のステージには、微粒子の固まり及び微粒子を配置したい試料を置く。

次に上記プローブを用いて微粒子の捕獲を行う。カーボンナノチューブは復元性が高く大きくたわませても折れない特性が利用される。
微粒子の捕獲は次のように行う。まず微粒子の固まりにカーボンナノチューブのついたタングステン探針を近づけて接触させる。図１にヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）微粒子の固まりにカーボンナノチューブのついたタングステン探針を近づけて接触させている様子を示す。

次いで接触した１個の微粒子とカーボンナノチューブの接点に電子線を集中させて、アモルファス炭素を固定させる。これにより１個の微粒子が捕獲される。
図２は、カーボンナノチューブの先端にヘマタイト微粒子１個を捕獲した様子を示す走査電子顕微鏡像である。捕獲されたヘマタイト微粒子の直径は１００ｎｍである。
走査電子顕微鏡の分解能の下限は、例えば２ｎｍであるので、それ以上の微粒子であれば、捕獲可能である。参考までに２個のヘマタイト微粒子捕獲した走査電子顕微鏡像を図３に示す。

さらに捕獲した１個の微粒子をナノメートルの間隙を持つ金属電極間に配置する。図４は、微粒子１個を捕獲する図面及び微粒子を基板に配置する図面を示す模式図である。図４において、１は傾斜試料台、２は粘着テープ、３は微粒子、４は微粒子配置用素子、５は電界研磨した探針、６はカーボンナノチューブである。

また、図５は、捕獲した微粒子を金属電極間に１個配置した様子を示す模式図である。
図５に示す構造により、１個の微粒子の電気抵抗計測、磁気抵計測が可能になる。用いる電極構造を変更することにより、微粒子１個又は複数個の熱伝導度の計測も可能である。
なお実施の態様ではヘマタイト微粒子を例示したが本発明はヘマタイト以外の微粒子にも適用できることはいうまでもないことである。

ヘマタイト微粒子の固まりにカーボンナノチューブのついたタングステン探針を近づけて接触させている様子を示す走査電子顕微鏡像である。 カーボンナノチューブの先端にヘマタイト微粒子１個を捕獲した様子を示す走査電子顕微鏡像である。 カーボンナノチューブの先端にヘマタイト微粒子２個を捕獲した様子を示す参考走査電子顕微鏡像である。 微粒子１個を捕獲する図面、微粒子を基板に配置する図面である。 金属電極間に微粒子を１個配置した様子を示す模式図である。

符号の説明

１ 傾斜試料台
２ 粘着テープ
３ 微粒子
４ 微粒子配置用素子
５ 電界研磨した探針
６ カーボンナノチューブ

Claims (4)

1. 金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階及び微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階を含む微粒子の捕獲方法。
2. 金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階、微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階及び固定した微粒子を素子上の目的の場所に配置する段階を含む微粒子の配置方法。
3. 金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブを用意する段階、カーボンナノチューブの先端を微粒子に接触させる段階、微粒子との接触部のカーボンナノチューブに電子ビームを集中させることによりアモルファスカーボンを堆積させて微粒子とカーボンナノチューブとを固定させる段階及び固定した微粒子をナノメーターの間隙を持つ電極間に配置する段階を含む微粒子の配置方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微粒子の捕獲方法又は配置方法に使用する、金属探針の先端にカーボンナノチューブを取り付けたプローブ。