京都大学ELCAS(エルキャス)

平成27年度以前のレポート

可視化の物理

可視化の物理の2014年12月20日の内容はこちら

実習指導

鈴木 基史  (工学部/工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻 教授)

チューター

伊東 孝将  (工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻 修士2年)
中間 宏  (同 修士1年)
薗利 希  (工学部 学部4年)

ボランティア

なし

実施場所

実習内容

本実習では,原子間力顕微鏡(atomic force microscope: AFM)を用いて表面の形態を観察しました.観察の対象としてポリスチレンナノ球の自己組織配列を選びました.実習では,ポリスチレンナノ球を自己組織的に配列してその形態を観察するまでの一連の実験を体験してもらいました.

AFMで作製した試料を観察している様子
AFMで作製した試料を観察している様子

手製のスピンコータでポリスチレンナノ球配列を作成している様子手製のスピンコータでポリスチレンナノ球配列を作成している様子


ポリスチレンナノ球配列のAFM像
ポリスチレンナノ球配列のAFM像


受講生の感想

  • 前半のSiウェハへのPSナノ球の塗布体験に於いては、ドリルを利用した装置でここまでうまく(均一に)塗布することができるのかと驚いた。 後半の原子力間顕微鏡を用いた表面の観察に於いては、精密に並んだPSナノ球の形態をみることができ、その精度のすばらしさを実感した。また、針がかなり壊れやすいものであるということも分かりよかった。 今回体験・観察したような塗布の技術または原子力間顕微鏡の技術が様々なところで応用され得るものであるということが分かり、大変興味深いコースとなった。皆様有難うございました。
  • 今回、シリコンにPSを流して粒子の配列の美しさを顕微鏡で見せていただきました。普段顕微鏡を使う場面は生物などの染色体や細胞分裂を見るのみですが、本日はPSというさらに小さいものを見ることができ、感動しました。粒子がきれいにみがかれたものの上にあるから美しく配列するという話を聞き、今回、等間隔で並んでいたので、きれいにPSが並び、光の干渉がはっきり見ることができるのはシリコンがX線とオゾンの酸化力で磨かれているからだとわかりました。酸化力でものがきれいになるということを聞き、光触媒でかべなどがきれいになる、ということを聞いて以来で、"酸化力"がものをきれいにする上で重要であることを改めて知りました。半導体として大きな製品を支えるものが、徹底管理されて、小さなくぼみ1つでも電気の流れを左右するということを知り、大きな製品も、こういった細微なところの管理が重要だと思いました。また顕微鏡とコンピュータをつなげることで、粒子の粒の1つ1つを見たり、プログラムを変えたりすれば、新しいことがわかるかもしれないと思いました。
  • 初めに、Siウェハの表面にナノサイズの粒子を付着させる実験では、液を遠心分離でまんべんなく広げるだけで粒子がきれいに一層に並んだところができて、何層にもかさなりそうなものが、多くても2層くらいにしかならず、不思議に思った。後半のAFMでSiウェハの表面を見るのでは、とても小さく、もらい針で、表面をたたくだけで、表面の粒子の大きさや立体像までわかるということに驚いた。原子まで見える顕微鏡もあるそうなので、原子を見てみたいと思った。
  • 最初の実験で、ポリスチレンの自己素子的な周期配列を作製したのは、仕組みがとても面白かったです。均一に塗布するように回転させたが、顕微鏡で見てみると、塗れていない部分が多かったので、均一に塗るのは難しいと感じました。上から白い光を当てると茶色に見えたのが、顕微鏡でも実際の目でも確認できたので感動しました。0.50μmと0.75μmを混ぜてみると、白く見えやすいという理由も知れて、賢くなった気がします。AFMで見た時、4.0μmに8個形が見えたので、形が均一でキレイに並んでいてすごい!と感動しました。AFMを使う良さや欠点も知ることができて良かったです。ポリスチレンナノ球の自己組織配列は宝物にします。
  • 本日も実験を伴った学習を行うことができてとても楽しかったです。今まで教科書でしか見たことがなく、どのようなものか全く分からなかったシリコンを実際に触り、それを使ってプラスチックの粒子を均一に並べることができ、とても興味深かったです。また、シリコンの性質についても詳しく知ることができ、最先端の研究に深くかかわっている物質に少し近づいたことができました。様々な体験ができて本当によい経験ができていると思います。ありがとうございました。
  • こういうような機会がないと見ることができないようなミクロの世界を見ることが出来たので、非常に良い経験になった。日常生活での蝶の羽の模様を綺麗だと思うことにはあっても、どのような構造になっているかを知りえなかったが、今回用いたAFMでならばキレイに並んでいる事が分かり、光の干渉が関係しているということが分かる。このように、日常生活のありふれたものでも構造を知ることで驚きがあるのかもしれないと思った。
  • 原子間力顕微鏡のよいところは真空中でなくても観察できること、苦手なところは振動によって(音とか)得られる画像が本当に形と異なって見えることだと分かりました。原子間顕微鏡ということばは初めて聞きましたが、良いところと苦手なところを両方兼ね持つものですね。細微な針がキャッチするでこぼこの情報を用いて画像にするのは光をあてて見るのと比べると1ステップほど多いので難しそうですが、空気中でも観察可能というところに魅力を感じました。大がかりな設備を用意しなくても観測できわけですから…。できれば、原子間力顕微鏡を使ってみたかったけれど、それでも楽しめました。のぞかせて頂いたレンズの中はどうくつの中で光りかがやく泉のようでした。ミクロな世界に飛び込んで原子たちの姿をかいま見た気分でした。特に気に入ったのは光で、角度によって光の干渉で色が変わるのが、説明を受けたあとでも不思議でなりませんでした。これから学校で光を勉強するので、楽しみになりました。
  • 実験の方法を書いた紙にその実験で使う高校物理の内容が書かれていたので、難しい内容だったけど理解できる部分があった。 実際に実験で使うポリスチレンナノ球配列の作製が出来て、大学の実験がどんなものなのかということを体験できたのでよかったです。
  • 今回、初めて原子間力顕微鏡(AFM)を見れ、原理や構造を知ることができました。光学顕微鏡や電子顕微鏡とは、原理がまったく違っていました。AFMは、空気中でも原子の大きさまで見ることができます。その方法がとても鋭い針を振動させて、振幅の変化を捉えます。この方法を実際に磁石を使って教えてくれ、よく理解することができました。小さくわかりづらいものも、目に見えるものでイメージすることができ、理解の大きな手助けになることを実感しました。 実際にAFMでポリスチレンナノ球がシリコンウェハの表面に規則正しく並んでいるのを見たときは、感動しました。通常にきれいな丸の形をしているのですが、2つに割れていたり、細長くなっていたりすることがありました。それは、針が割れていたり、試料が固定できていなかったりしているからだと言われました。実験ではそのようなことが多いので、先入観ではなく、予測をしっかりと持って、実験をすることが大切だと言われました。 AFMが最先端の開発や研究に重要なものだそうです。実験器具についても原理や構造を詳しく調べていきたいです。
  • ポリスチレンの小さい球がきれいに配列されているところを観察した。スピンコート法という、物体を回転させることで、液体を均一に塗る方法で、ポリスチレンをシリコンウェハに塗った。前回もそうだったが、今回も研究室独自の機械を使った。大学って装置まで自分で作っちゃうんだと思った。AFMでシリコンに塗ったポリスチレンを見た。とてもきれいに正しく配列されていて驚いた。こんな小さな物を見るのに、色々な工夫をして見ることができるんだと思った。

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