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実験装置 のバックアップ(No.9)


上野研究室では以下のような実験装置が利用可能です。見出しがリンクになっているものはクリックすると写真が出ます。

超高真空MBE表面電子分光複合装置

この装置では,化合物半導体及びフラーレン薄膜のMBE成長とin-situでの表面電子分光を行うことができます。構成は,

  • MBE室(ターボ分子ポンプ付,最高到達真空度1×10-8 Pa)1台
  • 電子分光室(ターボ分子ポンプ付,最高到達真空度1×10-8 Pa)1台
  • 試料導入室(ターボ分子ポンプ付き,最高到達真空度1×10-6 Pa)2台
  • クヌッセンセル(Kセル)2本
  • ロードロック式Kセル 3本
  • 反射高速電子線回折装置(MCP-RHEEDスクリーン付) 1式
  • 電子銃内蔵共軸円筒鏡型ダブルバス電子分光装置 1式
  • 傍熱/通電両対応試料加熱装置 2式

などが付属しています。

原子間力顕微鏡装置

この装置はセイコーインスツルメンツ社製の原子間力顕微鏡SPI-3800/SPA-300システムです。機能としては,

  • 原子間力像測定(接触/非接触両対応)
  • 摩擦力像測定
  • 液中,雰囲気制御下測定
  • 走査トンネル電子顕微鏡像測定
  • 導電性カンチレバーによる原子間力/電流同時測定,表面加工
  • ベクトルスキャンによる図形描画

などができます。走査用ピエゾは1μ,10μ,80μの3本があり用途に応じて使い分けます。

ラマン分光装置

本装置は埼玉大学科学分析支援センターに設置されている装置ですが,私(上野)が管理者を分担で務めています。Renishaw社のInvia Reflexラマンマイクロスコープです。主に以下の機能が備わっています。

  • 照射レーザー光:532 nm, 785 nm
  • 検出器:高感度CCD
  • Streamline高速ラマンイメージング測定
  • Eclipse LWN Filterによる極低波数ラマンシフト測定(〜5 cm-1まで)
  • 偏光ラマン測定

 極低波数シフト測定により,層状物質単結晶数層膜のShearモード,Breathingモード測定が可能です。またフォトルミネッセンス測定もCCDの測定波長限界まで可能なので,層状物質の層数によるフォトルミネッセンス波長・強度変化も測定できます。Streamline測定は,層状物質層数の面内分布を非常に高速に行うことができます。というわけで,グラフェンやMoS2等の層状物質研究には非常に強力な装置です。

イメージングX線光電子分光装置

本装置は埼玉大学科学分析支援センターに設置されている装置ですが,私(上野)が管理者を分担で務めています。島津製作所:KratosのAXIS Nova光電子分光装置です。主に以下の機能が備わっています。

  • 単色化AlKαX線源
  • ディレイラインディテクター(DLD)システム
  • パラレルイメージングと微小部スペクトル
  • 全自動試料ハンドリング機構
  • 試料ナビゲーションシステム
  • 優れた中和機構による高エネルギー分解能
  • アルゴンイオンクラスターエッチング銃
  • 試料加熱冷却導入機構

 アルゴンイオンクラスターエッチング銃は従来の単原子Arイオン銃とは異なり,クラスター化されたArイオンを用いてスパッタを行うため,原子層レベルでゆっくりと表面を削ることができます。そのため,有機化合物のような脆くて弱い物質の薄膜/結晶表面であっても,原子層レベルの分解能で深さ方向解析を行い,界面での組成/結合状態変化を調べることができます。層状物質を通常のアルゴン銃でスパッタすると,表面が荒れてしまって不活性なファンデルワールス表面とは違う物になってしまいますが,クラスターイオン銃ですとそのような欠陥の生成を抑制することができます。

層状物質バルク単結晶成長用3ゾーン電気炉

層状物質化学気相成長(CVD)用電気炉

パリレン薄膜CVD用電気炉

2014年7月現在,上記の電気炉が稼働しています。紹介はまた追って。

高速昇降温ランプ加熱炉

赤外線ランプを用い,1分間で1000℃まで昇温可能な加熱炉(アルバック理工製)です。乾燥酸素雰囲気下でのSi表面酸化,あるいは酸化グラファイトの瞬間加熱による単層剥離などの実験に用いています。

超純水製造装置

写真左にあるのがクリタ製のイオン交換樹脂塔,真ん中にあるのがミリポア製の超純水製造装置です。松野君ありがとう。もっと新しい水道水直結型もあります。

半導体試験用微少電流測定装置/電圧源 及びLCZメータ

層状物質・有機FETの特性測定に用います。Windows+ExcelVBAで測定プログラムを作りました。EasyGPIBはとても優れたソフトだと思います。微小電流測定と電圧源には米国Keithley社製の6517Aエレクトロメータと487ピコアンメータを使っています。
液晶モニタの下に置いてあるのは米国Protek社製のLCZメータです。日本ではまだあまり知られていない会社だと思いますが,面白そうな計測器をかなりの廉価で出しています。 これの他にもう1セット,Keithley6487ピコアンメーターを2台使用した測定系もあります。

ホール効果測定システム

Keithley社製社製7001スイッチ,7065型ホール効果測定用マトリクスカード,6222電流ソース,2182Aナノボルトメーター,0.5 T永久磁石を用いたホール効果測定系です。測定ソフトはExcelVBAで自作しています。室温と77 K(液体窒素浸漬)で測定可能です。

極低温冷凍機

約5Kまで冷却することのできる機械式冷凍機(ダイキン工業製)です。極低温での電気伝導特性,光物性の測定に用います。2014年6月現在,上記の6517A+487-FET測定系を接続しています。

太陽電池分光感度測定装置

分光計器製YQ-250CX型です。現行ラインアップは分光計器HPにあり,外観はCEP-25BXII型などと似ていますが,15年以上前のものです。学内で廃棄処分寸前になっていたものを改修し,Windowsから制御できるようにしました。500Wの水冷キセノンランプと日本分光のCT-25C分光器で300nm〜1100nmの単色光を得て,試料に照射しながら太陽電池のI-V測定ができるようになっています。
 I-V測定にはアドバンテスト(現サポートはエーディーシー)のTR6143型直流電圧・電流源/モニタを使っています。光量制御に必要なD/Aコンバータユニットが失われていたので,中古のGP-IB制御電圧源(横河電機7651型)も使っています。照射光は一定エネルギー(標準50μW/cm2)あるいは一定フォトン数に切り替え可能で,上記波長範囲内なら全く問題なく測定できています。しかし全部新品買ったらいくらするのでしょう・・・?

ソーラーシミュレーター(疑似太陽光発生装置)

三永電機製作所のXES-151S型です。これとアドバンテスト(現サポートはエーディーシー)のTR6143型直流電圧・電流源/モニタを使って,太陽電池の光電変換効率を測定しています。
 太陽電池評価ソフトは,いつもの通りEasy-GPIBを使ったExcelのマクロを自作しています。

(以下追って解説)

  • USB接続小型ファイバマルチチャネル分光器
  • Xeランプ光源
  • スピンコータ
  • UVオゾン処理装置
  • 制御用パーソナルコンピュータ

 GP-IB制御の装置が多いのでずっとPC9801とN88-BASICを使ってきましたが,98もついに販売終了と言うことでWindowsに乗り換えました。
 LabViewやTestPointという測定制御ソフト構築用プログラミングキットを持っているのですが,どうもこの手のプログラミングに慣れていないので,ExcelのVisualBasicでGP-IBとRS-232C制御が出来るアクティブセルのEasyGPIB・EasyCommを使っています。基本的に,自分で回路設計して制作した装置,あるいは既製品を集めて自分で組み立てた装置が多いです。


 EasyGPIBとEasyComm,公開が終了してしまいました。使用できないわけではないので,これからも使っていくつもりです。2014年6月に,電子分光測定系もすべてWindowsに乗り換えました。