課題番号 ：S-16-JI-0019 NPS16008
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：収束イオンビームによるナノギャップ電極の作製
Program Title (English) ：Fabrication of Nanogap Electrodes by Focused Ion Beam
利用者名（日本語） ：真島　豊, 東　康男
Username (English) ：Yutaka Majima, Yasuo Azuma
所属名（日本語） ：東京工業大学フロンティア材料研究所
Affiliation (English) ：Laboratory for Materials and Structures, Tokyo Institute of Technology

１．概要（Summary ）
サブ10nmスケールのギャップを有するナノギャップ電極は、機能性分子・ナノ粒子を用いた固体基板上ナノデバイスを作製するためのプラットフォームであり、その作製技術の確立はサブ10nmスケールデバイスの研究を推進するための要となる。申請者はこれまでに電子線リソグラフィと無電解金メッキを組み合わせ、平均ギャップ長3nmのナノギャップ電極を90%の収率で作製する技術を確立し、極めて安定に動作する単電子トランジスタの論理回路動作等を報告してきた。ナノギャップ電極の作製方法としては、すでに作製された金属細線を収束イオンビーム(FIB)により切断する方法が知られている。一般的なFIBではイオン源に低融点金属であるGaを用いており、このGaイオンによる試料汚染などの課題がある。これに対し電界電離ガスイオン型のGFIS-FIBは金属イオンによる試料汚染がないことが特徴である。本研究では、電子線リソグラフィにより東工大にて作製した白金細線電極を、北陸先端科学技術大学院大学(JAIST)のGFIS搭載微細加工機(GFIS-FIB)の機器利用で切断し、ナノギャップ電極の作製を行った。
２．実験（Experimental）
電子線描画により細線パターンを作製し、白金の蒸着及びリフトオフプロセスを用いることで、金属細線構造を作製する。この金属細線に対してJAISTのGFIS-FIBの収束イオンビームによる金属細線の切断加工を行った。GFIS-FIBのイオンビームの絞り穴として、90 μmと42 μmの穴径のものを用いて切断加工条件を検討した。この切断加工によって作製されたナノギャップ電極をFE-SEMを用いてギャップ長の評価を行い、切断加工条件について検討した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
図１に金属細線をGFIS搭載微細加工機によって加工した試料の走査電子顕微鏡蔵を示す。ここで図１(a)は42 μmの絞り穴径、図１(b)は90 μmの絞り穴径を使用している。どちらの図においても、水平方向に存在する金属細線が中心部分で切断されている様子が確認できる。２種類の絞り穴径で作製した複数のナノギャップ電極について、そのギャップ長の評価を行ったところ、
42 μmの絞り穴径の場合は平均9.8 nm、90 μmの絞り穴径の場合は平均14.3 nmであった。このことから絞りの穴径を小さくすることがより狭いギャップ長を有するナノギャップ電極を作製する上で有効であり、10nm以下のギャップ長を有するナノギャップ電極の作製を行うことができた。

４．その他・特記事項（Others）
GFIS搭載微細加工についてご協力をいただきました北陸先端科学技術大学院大学、下田達也教授、水田博教授、赤堀誠志准教授、Marek Schmidt博士、宇野宗則氏に感謝いたします。
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。
６．関連特許（Patent）
なし。