走査型マイクロ波顕微鏡

走査型マイクロ波顕微鏡（そうさがたマイクロはけんびきょう Scanning Microwave Microscopy : SMM）とはマイクロ波の走査により画像を得る顕微鏡。

概要

マイクロ波は可視光と比較してはるかに波長が長いため、そのままでは分解能を高める事ができない。そこで走査型近接場光顕微鏡の概念をマイクロ波の帯域にまで拡張する事によって分解能を高める方法と原子間力顕微鏡の手法を適用して分解能を高める手法がある。

走査型近接場光顕微鏡の手法ではマイクロ波の照射位置を局所的に絞って試料を相対的に走査する。近接場光学顕微鏡(Near-field Optical Microscopy: NOM)の原理は1928年にEdward Hutchinson Syngeによって提案されていたが^[1][2]、実際に作動する原型が作られたのは走査型マイクロ波顕微鏡の方が近接場光学顕微鏡よりも早く、1972年にEA AshとG Nichollsによってマイクロ波領域で実験的に検証された経緯がある^[3][4][5]。構造は「空洞共振器」に小さな穴を開けてそこから漏れたマイクロ波を穴に密着した試料の微小領域にあてて、試料をX-Yステージを用いて機械的に走査することでマイクロ波ビームを走査する^[6][7][8]。この方法で200nm程度の分解能が得られる^[7]。

原子間力顕微鏡の手法ではカンチレバーの先端の探針からマイクロ波を局所領域に照射して、その反射応答を計測することで、特に半導体の場合にはキャリア濃度に相関した信号を得る^[9]。キャリア濃度が高いほどマイクロ波の反射率が大きくなるため、キャリア濃度分布に相関した像を得られ、得られる信号の強度はキャリア濃度に線形に相関するため、定量性が高い^[9]。キャリア濃度の高い領域では、空間分解能は10nm程度まで得られるものの、キャリア濃度の低い領域では、数百nmに低下する^[9]。

用途

• 材料分析

脚注

1. Synge, EdwardH. "A suggested method for extending microscopic resolution into the ultra-microscopic region." The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 6.35 (1928): 356-362.
2. Synge, Edward Hutchinson. "An application of piezo-electricity to microscopy." The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 13.83 (1932): 297-300.
3. Ash, E. A., and G. Nicholls. "Super-resolution aperture scanning microscope." Nature 237.5357 (1972): 510-512.
4. 鶴岡徹、「近接場光を用いた計測技術とその応用」『計測と制御』 2006年 45巻 2号 p.105-110, doi:10.11499/sicejl1962.45.105
5. 河田聡, 波多野洋、「近接場光学顕微鏡」『BME』 1997年 11巻 5号 p.3-11, doi:10.11239/jsmbe1987.11.5_3
6. 髙橋英幸、「走査型トンネル/マイクロ波顕微鏡の高感度化と低温応用」 東京大学 学位論文 2015年, 12601甲第31290号, doi:10.15083/00008038
7. 「広域相関基礎科学系」（PDF）。
8. Anlage, Steven M., Vladimir V. Talanov, and Andrew R. Schwartz. "Principles of near-field microwave microscopy." Scanning probe microscopy. Springer New York, 2007. 215-253.
9. “走査型マイクロ波顕微鏡法”. 2017年11月7日閲覧。

参考文献

• 坂真澄、「マイクロ波による材料評価」『日本機械学会論文集 A編』 1999年 65巻 639号 p.2193-2198, doi:10.1299/kikaia.65.2193
• Oliynyk, V. V., and V. L. Launets. "Scanning near-field microwave microscope." Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves, 2001. The Fourth International Kharkov Symposium on. Vol. 2. IEEE, 2001., doi:10.1109/MSMW.2001.947336
• 莅戸立夫、「高周波帯走査型近接場顕微鏡技術」『日本液晶学会討論会講演予稿集』 2006年 日本液晶学会討論会 セッションID:3A05, doi:10.11538/ekitou.2006.0.83.0
• 掛本博文, et al. "非接触プローブを用いたマイクロ波顕微鏡の空間分解能の解析." 2006 年 (平成 18 年) 春季 第 53 回応用物理学関係連合講演会 1 (2006).
• Talanov, Vladimir V., et al. "A near-field scanning SQUID microwave microscope." arXiv preprint arXiv:1310.0078 (2013).
• 高橋英幸, 今井良宗, 前田京剛、「21aBA-12 走査型マイクロ波顕微鏡による K_xFe_ySe_2 におけるメゾスコピック相分離のマイクロ波イメージング」『日本物理学会講演概要集』 70.1巻 (2015), doi:10.11316/jpsgaiyo.70.1.0_1945

関連項目

• 走査型トンネル顕微鏡
• 走査型プローブ顕微鏡
• 磁気共鳴力顕微鏡
• 電子スピン共鳴顕微鏡
• ミリ波帯近接場顕微鏡
• テラヘルツ顕微鏡