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ブルカージャパン(株) ナノ表面計測事業部は、ナノプローブテクノロジー第167委員会の企業会員です。 ナノプローブテクノロジー第167委員会とは日本学術振興会の設置する61の産学協力研究委員会の1つであり、走査型プローブ顕微鏡(SPM)の基礎・応用技術の組織的発展を目標に活動しています。
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原子間力顕微鏡(AFM)

有機太陽電池(Organic Photovoltaics)

アプリケーション: 発光ダイオード(LED)
測定技術: AFM
画像説明: 有機導電性材料は発光や光変換を含む多くのユニークな特徴を示す。半導体の代わりに導電性ポリマーをベースとしたディスプレイやLEDが市販されている。このイメージは有機太陽電池(共役高分子とフラーレンの混合)で使用されるヘテロ構造の導電率の横方向の変化を示している。
スキャンサイズ: 25μm
イメージご提供: J. ?ermak, Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i.

ナノ電極アレイ (Nanoelectrode Array)

アプリケーション: 医療
測定技術: AFM
画像説明: ナノ電極アレイのAFM像。
金属電極表面上に載せられた導電性ナノワイヤーのアレイが観察されている。
これは磁気力による金コロイドナノ粒子(中心は磁気。直径18nm)の自己組織化によってなされた。 このようなナノ電極アレイは、様々な酵素のバイオセンサー、イムノセンサー、DNAセンサーのための共通のプラットホームとして提案されている。
スキャンサイズ: 20μm
データご提供:Roman Sheparovych, Yuri Roiter, Mikhail Motornov, Ihor Tokarev, and Sergiy Minko, Clarkson University, NY, USA

カーボンナノチューブ (Carbon Nanotubes)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
測定に用いた装置: AFM
画像説明: 金がパターニングされたシリコン上にゆるく付いている単層カーボンナノチューブの形状と導電性の同時観察。TR-TUNAによる。

ファイバーネットワーク (Fiber Network)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
測定に用いた装置: Dimension FastScan
画像説明: 自己組織化されたFmoc-YLファイバーのネットワークは、55℃から10分以上かけて室温まで冷却した際の酵素の転換によって得られた。これによって生じたハイドロゲルは、水で1: 10に希釈されマイカ表面で乾燥した。この2000 X 2000データポイントの10umイメージは、FastScanシステムによって8Hzで測定された。Fastscan システムは、ファイバーネットワークのイメージを高速で獲得し、自己組織化されたファイバーの構造と特徴を判定することができる。データのご提供: Rein Ulijn, Mischa Zelzer, Sangita Roy - Pure and Applied Chemistry, University of Strathclyde, Ian Armstrong - Bruker

ぺロブスカイト ナノシート (Perovskite Nanosheet)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
測定に用いた装置: Dimension FastScan
画像説明: 化学的離法によるぺロブスカイトナノシートの生成。AFMは、ナノシートと基板との弾性率のコントラストを示している。
サンプルのご提供: Dr. Jin-Chong Tan, Dept of Materials Science and Metallurgy, Cambridge University, UK
Dr. Tadashi C. Ozawa, Nanoscale Materials Center, National
Institute for Materials Science, Tsukuba, Japan データのご提供: Dr. Ian Armstrong, Bruker

ペンタセン レイヤー (Pentacene Layers)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: HMDS処理したシリコン酸化表面上に成長したペンタセンレイヤー。各層の厚さは1.7nmで、ペンタセンの単分子の長さに相当する。
ScanAsyst-HR 6Hzのスキャンスピードで観察されたもの。
スキャンサイズ:2um

剥離されたグラフェン (Exfoliated Graphene)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: グラフェンは、ハニカム充填構造の結晶で、炭素原子sp2結合型の1原子プレーナーシートで、2004年にスコッチテープによるグラファイトから剥離する方法が発見され、シリコンの酸化膜上の転写され、光学顕微鏡によって確認した。
イメージの中の長方形のグラフェンシートもこの方法によって機械的に剥離された。 これらのグラフェン・シートから、量子輸送実験用の他のいくつかの装置と同様に将来のナノエレクトロニクス用のグラフェン・ナノリボンを作ることが可能となる。 例えば、量子ホール効果を測定するホール・バーをパターン化することが可能になる。
スキャンサイズ:16um
データのご提供:A. Barreiro, CIN2(ICN-CSIC), Spain

新しいドメインパターン (New Domain Patterns)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: ルテニウム薄膜層を横切って異方性結合した垂直磁化多層コバルト/ パラジウム。 半強磁性体と強磁性体のエネルギー間の微妙なバランスを研究するために理想的な材料である。
磁気力顕微鏡を使って、広い領域の反強磁性体ドメインが強磁性のサブミクロンの曲がりくねった迷路のようなストライプドメインに囲まれている新しいドメインパターンを観察した。
スキャンサイズ:9um
データのご提供:L.Y. Zhu and C.L. Chien, Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University, MD, USA

超分子ロープ (Supramolecular Rope)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: 無極性溶媒中の水素会合ユニットを持つ有機分子の分子相互作用は、可逆的で、自己組織化した超分子を生成する。タッピングモードAFMによる凹凸像は、シリコン基板上の希釈ジクロロエタンから沈殿させて得られたナフタリン・テトラカルボン・ジイミドの表面形状を示す。
ロープ状の自己組織化した構造は、分子間の積み重なる方向に沿った強い水素会合を反映している。
スキャンサイズ:18um
データのご提供:Hoichang Yang, Rensselaer Nanotechnology Center, Rensselaer Polytechnic Institute, NY, USA; and Soo Young Park, Department of Materials Science and Engineering, Seoul National University, South Korea

膜の形態 (Film Morphology)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: フッ素置換や水素添加が混合した表面は、空気と水の界面で相分離することができる。
そうした膜は、単層のLB膜として基板の上にデポジットするこができる。このアプローチを使えば、フッ素置換された官能基によって定義された個体表面を準備することができる。このフィルムは、耐摩耗性コートや生物付着を防ぐ意味での可能性がある。 このイメージはペンタトリアコンタフルオロオクタデカン酸と単純な脂質の複合LB膜である。
ピュアなパーフルオロカーボンへの脂質の添加は、フィルム形態の変化を引き起こし、制御可能な方法で環状のドメインを六角形に変化させることができる。
スキャンサイズ:5um
データのご提供: Shatha E. Qaqish and Matthew F. Paige, University of Saskatchewan, Canada

熱可逆性加硫物 (Thermoplastic Vulcanizate)

アプリケーション: 材料科学
測定技術: AFM
画像説明: 電気力顕微鏡は、材料の電気的な特性と成分の識別が可能である。これは、熱可逆性加硫物のイメージで、左が形状で中央が電気力、右が位相を示している。(凹凸の)位相イメージは構造の詳細を示している。
サンプル表面はポリプロピレンリッチで、明瞭なラメラ構造が観察されている。電気力像では下層にあるカーボンブラックの存在とその凝集の具合を明らかにしている。
スキャンサイズ:3.5um
データのご提供: Shatha E. Qaqish and Matthew F. Paige, University of Saskatchewan, Canada

アルミニウム粒子 (Aluminum Grains)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
測定に用いた装置: Dimension
画像説明: 異なる温度で成長させたアルミニウムグレインのイメージ。タッピングモードは、アーティファクトの起因となるチップダメージがなく、同じプローブですべてのサンプルを測定できる。
スキャンサイズ:5um×5um

(CdZn)Se薄膜 ((CdZn)Se Thin Film)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
測定に用いた装置: MultiMode
画像説明: 研究者は長い間ナノサイズの半導体材料の電気的、物理的特性に興味を持ってきた。特に2-4族半導体は、光電子デバイスおよび光電気化学太陽電池(PEC)での役割に興味がある。(CdZn)Seは、光学バンドギャップが広く、また、よい安定性のため候補の一つと考えられている。
(CdZn)Seでは、Cd、ZnおよびSeの分布はTappingMode AFM(左)および位相イメージング(右)によって視覚化することができる。(CdZn)Se薄膜中のZnは重要な役割を果たし、最終的にPEC太陽電池が経済的に実行可能かどうかに大きく影響する。
スキャンサイズ:5um×5um
データのご提供:J.B. Park, Korea Basic Science Institute, and S.D. Chavhan, S. Baek, and S.H. Lee, Chonbuk National University, South Korea

パラセクシフェニルの薄膜 (Thin Film of Para-Sexiphenyl)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: 結晶性KCl基板上にホットウォールエピタキシー技術で成長させて、有機半導体(パラセクシフェニル)が高度に配向した薄膜のタッピングモードイメージ。
スキャンサイズ:5um×5um
データのご提供:A. Andreev, Linz Institute for Organic Solar Cells (LIOS), University of Linz, Austria.

チタンナイトライド粒子 (Titanium Nitride Grains)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: チタンナイトライド粒子のタッピングモードイメージ。 スキャンサイズ:10μm x 5μm

SRAMデバイス (SRAM)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: SRAMデバイスのインプラント領域を観察したタッピングモードイメージ。
スキャンサイズ: 23μm

半導体デバイス (Semiconductor Device)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: SCMモードのもっとも一般的なアプリケーションの一つは、不均一にドープされた半導体のキャリア濃度をマッピングする機能。現在では、一般的なSIMSやSRP、1次元C-V測定などによって、1次元ではあるが非常に高い精度と分解能でドーパントあるいはキャリアー濃度の情報を得ることができる。こうして、1次元の情報から2次元の情報も定量的に推察することが可能である。しかし、SCMは2次元の活性化されたキャリアー濃度の情報がナノメートルスケールで直接得られる素晴らしい可能性がある。イメージは、左が形状像で、右がSCM像であり、形状像の明るい部分は、成長させた70nm高さの熱酸化シリコン(SiO2)である。SCM像は、不純物濃度を決定し、酸化膜厚の分布が確認できる。SCM像で明るい丸と、長方形の部分は、高濃度でドープされたAs+イオンを示し、50 keV エネルギーで 1014 ions/cm2のドーズ量である。
SCMイメージ中の明るいコントラストの部分は、厚い酸化膜の部分で、AC電圧を加えたときのキャパシタンス変化 ( dC/dV )が、高濃度でドープしたように非常に小さい変化を示す。つまり、この結果はSCMが絶縁体部分の相対的な確認ができることを示唆している。
スキャンサイズ:70μm x 70μm

エッチバック工程 (SOG Etchback Process)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: 3段階エッチバック工程(シリコン-スピンオン-酸化ガラス)を経た半導体デバイスの形状像 。左上のイメージはSOGでコートされた後の形状像で、2番目のイメージ(右上)は、SOGエッチバックを最適化した後の形状像。3番目のイメージは、30%以上SOGエッチバックした後の形状像。
スキャンサイズ:50μm x 50μm

ZnOのナノ構造 (ZnO Nanostructure)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: このイメージは、2つのAu電極間に析出したZnOのナノ構造である。ZnOとAu電極は、EBL(電子線リソグラフィー)を使って形成された。ZnOワイヤの端がなみなみの形状になるのは電子ビームが原因である。著者は、半導体のナノ構造の成長や過程を研究し、デバイスに応用することを研究課題としている。
スキャンサイズ: 1.9μm
データのご提供:Jason Brotherton, Patrick Price, David Araujo, and William Knowlton, Materials Science and Engineering Department and Electrical and Computer Engineering Department, Boise State University, USA

磁気ドメインパターン (Magnetic Stripe Domains)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
画像説明: マグネトロンスパッタで垂直異方性を持つようにCo/Pt積層したもの。ドメインは面内で消磁して方向をそろえており、膜をスクラッチすると、磁気ドメインパターンの特徴的線欠陥を発生させる(MFMイメージ)。
スキャンサイズ: 15μm
データのご提供:O. Hellwig, M. Best and E. Fullerton, IBM Almaden Research Center, San Jose, CA.

ビットパターンドメディア (Bit Patterned Media)

アプリケーション: セミコンダクター
測定技術: AFM
測定に用いた装置: Dimension
画像説明: ビットパターンドメディアの磁気力顕微鏡(MFM)イメージ。
面に垂直な方向に消磁された5umのドットのほとんどは、上向きあるいは下向きに磁化されている単一ドメイン構造であるが、いくつかは一様でないことが示されている。
スキャンサイズ:40um
イメージご提供: O. Hellwig and E. Dobisz, Hitachi GST, CA, USA

DVD-RW上のアモルファスビット (Amorphous Bits on DVD-RW)

アプリケーション: データストレージ
測定技術: AFM
画像説明: DVD-RWの表面形状(左)およびEFM(右)イメージ。
EFMイメージは、結晶領域上の相変化により形成されたアモルファスビットを明瞭に示している。
スキャンサイズ:5um
イメージご提供: Yasuko Ichikawa, Toyo Corporation, Japan.

上書きされたトラック (Overwritten Track)

アプリケーション: データストレージ
測定技術: AFM
画像説明: テクスチャ加工されたハードディスク上の、上書きされたトラックの表面形状(左)および磁気力(MFM)イメージ(右)。
トラックの幅と非対称性、転移、不規則性、および消去されたエリアとバージンエリアとの違いが可視化されている。
スキャンサイズ:25um

トラックエッヂ (Track Edge)

アプリケーション: データストレージ
測定技術: AFM
画像説明: 市販ハードディスクのトラックエッヂの表面形状(左)および磁気力勾配(MFM)イメージ(右)。
MFMイメージは、ドメインサイズに関連したスケールの転移粗さを示している。
注目すべきは、表面形状と磁気力の情報が完全に分離されていることである。
スキャンサイズ:5um

MRポール素子 (MR Poletips)

アプリケーション: データストレージ
測定技術: AFM
画像説明: 使用済み記録ヘッド(電気誘導書き込み・磁気抵抗読み取り)の表面形状(左)およびMFM(右)イメージ。 MFMイメージは書き込みポール、シールドおよび狭い帯状のMR部分を含む様々な磁気要素を明瞭に観察できている。
MRセンサーに隣接する磁気バイアスレイヤはランダムなまだら模様に見える。
スキャンサイズ:14um

C60H122アルカン (C60H122 Alkane)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
測定に用いた装置: Innova
画像説明: グラファイト基板上のC60H122の高分解能位相イメージ。
スキャナのクローズドループ機能を使用。 適切な力の制御および卓越したクローズドループ性能により、約7nm周期のラメラ構造が明瞭に観察されている。
スキャンサイズ:
400nm(左)/700nm(中)/380nm(右)

アクリル塩酸ラテックス塗料 (Acrylate Latex Paint)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
測定に用いた装置: MultiMode
画像説明: セルロース濃縮剤および殺虫剤を含む、厚さ60umのアクリル塩酸ラテックス塗膜(2週間経過)の位相イメージ。
殺虫剤と結合して移動したセルロースが観察されている。
スキャンサイズ:10um
イメージご提供:Galina Alvarez, Institute for Surface Chemistry, Ytkemiska Institutet, Sweden.

ヒドロゲル (Hydrogel)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
測定に用いた装置: MultiMode
画像説明: ヒドロゲルは外部刺激により膨潤・収縮し、貴金属粒子を混ぜ込むと、ゲル密度の変化に起因する粒子間距離の変化により、プラズモンスペクトルの変化を測定できる。
AFMはこのようなナノ粒子の振る舞いや分布を可視化するために不可欠である。
スキャンサイズ:10um
イメージご提供:I. Tokarev, Y. Roiter, I. Tokareva, M. Motornov, S. Minko, Clarkson University, NY, USA.

ポリエチレンオキサイド (Polyethylene Oxide)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: ポリエチレンオキサイド(Polyethylene Oxide) とポリプロピレンを含む複合材料のタッピングモード位相イメージ。
左側の暗いドメインは、直径約5nmのラメラから、ポリプロピレンであることがわかる。
他方の明るい部分はポリプロピレンオキサイドで、ラメラ方向の異なるふたつのエリア(葉っぱのようなフラットオンドメインと、幅約30nmのエッジオンラメラ)が識別できている。
クローズドループ機能を使用。
スキャンサイズ:4um
イメージご提供:StefanKaemmer and Natalia Erina, Bruker Nano, USA.

ポリマーブラシ (Polymer Brush)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: ScanAsyst-HRモードで観察したポリマーブラシ構造。
サンプルサイズ:1um
スキャンレート:5Hz
サンプルご提供:S. Sheiko, University of North Carolina, Chapel Hill.

膜の折りたたみ (Film Folding)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: 酸性溶液にさらしたポリ‐2‐ビニルピリジン(P2VP)超薄膜(90nm)の折りたたみ構造。
P2VPはpH応答ポリマーであり、超薄膜をpH2溶液にさらすと、異方性膨張により、均一で平滑な表面から折りたたみのネットワーク構造へ形態が劇的に変化する。
スキャンサイズ:90um
イメージご提供: S. Singamaneni, M. E. McConney, and V. V. Tsukruk, Georgia Institute of Technology, GA, USA

ラメラミクロ構造 (Lamellar Microstructure)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: ポリスチレン-ポリエチレンポリプロピレン(PSPEP)ブロック共重合体(Kraton 1701E)薄膜のラメラ構造。
スキャンサイズ:4um
イメージご提供: Eva Max, Larisa Tsarkova, Hund Markus, University of Bayreuth, Physical Chemistry II, Germany.

異方性の違い (Differences in the Anisotropy)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: 熱可塑性ポリマー材料の押し出し成形品。 ほぼ同じ場所における互いに直交する3方向の断面の観察イメージを、立方体の面に配置した。
成形品の場所毎にこのような立方体を作成し比較することにより、異方性の違いがはっきりと示された。
スキャンサイズ:15um
イメージご提供: Borge Holme, SINTEF Materials and Chemistry, Norway

寺院の階段 (Temple Steps)

アプリケーション: ポリマー
測定技術: AFM
画像説明: 共重合体(PS-PMMA)からなるリング構造。 Mayan寺院の構造のように、リングは約30nmのラメラの異方性に関連した階段を形成している。
スキャンサイズ:58um
イメージご提供: J. D. McGraw, I. Rowe, and K. Dalnoki-Veress, McMaster University

ヒーラ細胞 (HeLa Cells)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: ラベルされたヒーラ細胞の蛍光像で、中心部(35μm)はMIROで位置合わせをして測定したAFM像である。 DAPIラベルした核とAFM形状像の高い部分とに強い相互作用があることがわかる。
データご提供:マンハイム単科大学(ドイツ)、Alexandre Berquand, Andreas Holloschi, and Petra Kioshis

ヒーラ細胞ーフォースカーブ (HeLa Cells - Force Curve)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: 蛍光性タンパク質が発現するようトランスフェクトしたヒーラ細胞。
修飾したAFMプローブを用いた力測定により、結合力と蛍光発光強度との強い相関が示されているのがわかる。
明るい細胞は多くの結合(黄カーブ)を生じているが、暗い細胞にはほとんど見当たらない(赤色カーブ)。
データご提供:Frank Lafont and Joelle Warein パスツール研究所(フランス)

生きているHaCat細胞 (Living HaCat Cells)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: 酸化ストレス下の、生きているHaCat細胞のBioScope Catalyst -PeakForce QNM像(75x75μm)。
細胞は、隣の細胞に到達するよう迅速にストレスフィブリルを合成する。
これらのダイナミックな過程もこの手法で追うことが可能である。

自己組織化ポリペプチド (Selfassembled Polypeptides)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: 自己組織化したポリペプチドのAFM像。 バクテリア発現系合成ペプチドABAとCBCトリブロック共重合体-中心ブロックにランダムコイル、両サイドブロックにヘリカルがある-これはpHと温度に反応する高分子集合体である。
様々な自己組織化過程が固体基板上又はその近くで、ポリペプチドのフラクタルパターンを生じながら進む。 この形状は、拡散が制限される成長メカニズムによるものである。
スキャンサイズ: 20μm
データご提供:R. Sheparovych, Y. Roiter, I. Tokarev, M. Motornov, J. Yang, J. Kopecek, S. Minko クラークソン大学、NY(USA)

タンパク質結晶 (Protein Crystals)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: バクテリオロドプシンのPeakForce Tapping像。 2D-FFTはタンパク質結晶の六方晶を反映している。このスペクトルでは、ゆがみの少ない良好な対称が示されている。このイメージは液中PeakForce Tappinng測定、8kHz,.8 lines/second line rate, 2nm PFT-amplitude, and a tip velocity of 3.2μm/second.
データご提供:S. Hu, (Bruker) in collaboration with I. Medalsy, D. Mueller (ETH D-BSSE, Basel, Switzerland)

紅色細菌 (Rhodobacter Sphaeroides)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: 紅色細菌の一つであるRhodobacter sphaeroides のPufX変異体光合成膜のAFM像。 液中TappinngMode測定。
データご提供:Peter Adams and Neil Hunter, University of Sheffield, UK.(cf)Adams et al. Biochim. Biophys. Acta. 1807, 1044 (2011).

細胞体積 (Cell Volume)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: 上皮細胞のAFM像。細胞体積の制御は、アポトーシスから細胞増殖まで多くの生理的作用において重要である。
この体積変化を、細胞の形状をモニターして、フェムトリットルの精度で正確に測定するのに、AFMは適した手法である。
測定はBioScopeTM II。
スキャンサイズ:180μm
データご提供:Anke Fabian (lead) & Christoph Riethmueller, Institute of Physiology II, University of Muenster, Germany

マイカ上のDNA (DNA on Mica)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: マイカ上のDNAのAFM像。クローズドループ。TappingMode。大気中。4.88Hz スキャンサイズ:2μm

ラット尾部コラーゲン (Rat Tail Collagen)

アプリケーション: ライフサイエンス
測定技術: AFM
画像説明: ラット尾部コラーゲンのAFM像。67nmの帯が明瞭に見えている。TappingMode、クローズドループ。
スキャンサイズ:1.75μm