CN100478666C - 微结构及测量其形变量的方法、扫描探针显微镜及其悬臂 - Google Patents
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Abstract
微结构、悬臂、扫描探针显微镜以及用于测量微结构的形变量的方法。针对在其至少一部分处产生弹性形变的微结构，希望在希望的位置、以希望的形状和尺寸设置高效率并且高灵敏度的极小尺寸的多个传感器。此外，还要求便于对多个部件进行组装和调节，使检测电路小型化并简化，并测量微结构的细微部分的局部位移。所公开的微结构是悬臂(1)，其梁部(14)产生弹性形变。该悬臂(1)设置有通过隧道效应检测梁部(14)的弹性形变的传感器(12)。
Description
技术领域
本发明涉及一种其至少一部分产生了弹性形变的微结构、由该微结构组成的悬臂、设置有该悬臂的扫描探针显微镜以及用于测量该微结构的形变量的方法。
背景技术
作为其至少一部分产生了弹性形变的微结构，例如，存在构成磁力显微镜(MFM)和原子力显微镜(AFM)的悬臂，这些显微镜是扫描探针显微镜(SPM)的两种类型，此外，存在构成扫描近场光学显微镜(SNOM)的悬臂。
例如，构成AFM的悬臂将探针保持在其前端，将该探针布置成紧靠向样品的表面，该样品固定于实验台或按高频振动。通过光学系统将激光束照射在探针(其被置于悬臂的前端的下表面)附近的上表面上，由此，利用由光检测器(其被分成上、下、左以及右4个部分)检测到的来自悬臂的多个反射束的强度比来测量悬臂的偏转量。通过根据该偏转量计算出探针与材料表面的原子力作用来观测样品的表面上的三维形状不平坦性等(例如，见专利文献1)。以下将上述技术称为第一现有技术。
此外，存在另一种类型的常规AFM，其中，悬臂由压电电阻元件组成，并测量悬臂的偏转量作为压电电阻值的变化。该类型的AFM配备有：信号检测系统，其向悬臂施加恒定偏压，并将检测到的输入电流信号和电阻变化转换成输出电压信号；偏移信号检测系统，其对在来自信号检测系统的输出电压信号中包括的偏移信号分量进行检测，并去除它(例如，见专利文献2)。以下，将上述技术称为第二现有技术。
[专利文献1]
专利文献公报H6-323843(段[0008]和[0009]，图1和2)
[专利文献2]
专利文献公报2000-304756(权利要求1，段[0010]到[0014]，图1和3)
发明内容
[本发明要解决的问题]
为了在上述第一现有技术中获得良好的测量结果，需要在激光照射表面、悬臂的前端以及光检测器的光敏感表面这一共3个位置之间对位置关系进行调节，并且需要将从悬臂的前端反射的激光束精确地照射在光检测器的光敏感表面的中央。然而，对上述位置关系进行调节需要精湛的技巧，因此对AFM的测量部的组装和调节并不方便。此外，由于需要激光器和光检测器作为AFM的部件，因此难以减小测量部在AFM中占据的空间，这阻碍了对AFM的小型化。
与之对照的是，第二现有技术可以解决上述第一现有技术的问题。然而，由于第二现有技术使用了压电电阻元件，因此其存在以下各种不便：
(1)由于压电电阻元件的电阻变化非常小，需要惠斯通电桥电路等，因此检测电路复杂。
(2)由于压电电阻元件需要大面积以贡献敏感度，因此难以检测到细微部分的局部位移。
在第一现有技术和第二现有技术中的上述多个问题不仅存在于构成AFM的悬臂，而且同样存在于通过诸如加速度、压力、载荷、位移等的物理量在其至少一部分处产生弹性形变的微结构。即，在这些类型的微结构中，有时需要针对产生弹性形变的一部分或整个结构对几个部分中的形变量进行测量；然而，如上所述，第一现有技术存在对诸如激光器的各部件进行组装和调节的困难，或使整个系统的尺寸小型化的困难。
此外，根据以上第二现有技术，当对各部分的形变量同时进行检测时，需要布置大量的惠斯通电桥等；因此，难以对为各压电电阻元件提供电力的端子、对各压电电阻元件的电流进行检测的端子以及外部电源或检测电路进行连线。此外，在上述第二现有技术中，如果形成压电电阻元件的微结构中的表面的区域具有导电性，那么需要在该表面区域中形成绝缘层。
鉴于以上情况，因此本发明的目的是提供微结构、悬臂、扫描电子显微镜以及用于测量该微结构的形变量的方法。
[解决上述多个问题的方法]
为了解决上述多个问题，本发明第1方面提供一种微结构，该微结构的至少一部分产生弹性形变，其中，所述微结构具有设置有用于通过隧道效应检测所述该弹性形变的传感器，所述传感器，具有在均具有导电性的下电极与上电极之间夹有绝缘层的结构，该绝缘层形成单一的隧道势垒，所述绝缘层中形成所述单一的隧道势垒的地方的厚度为1.0nm～2.5nm，所述传感器的电阻值和面积之积为100kΩ·μm2或更小。
此外，本发明的第2方面是根据第1方面所述的微结构，其中，该微结构具有以下构造：所述下电极与所述上电极隔着形成所述绝缘膜中的所述单一的隧道势垒的区域、相互平面状地对置。
此外，本发明的第3方面是根据第1方面所述的微结构，其中，所述微结构的至少一部分具有导电性并构成所述下电极或所述上电极。
此外，本发明的第4方面是根据第1方面所述的微结构，其中，所述传感器将所述微结构的所述弹性形变检测为电阻的变化。
此外，本发明的第5方面是根据第1方面所述的微结构，其中，在所述微结构中的产生所述弹性形变的区域处设置有多个所述传感器，使得多个所述传感器相互的部件轴按直角相交。
此外，本发明的第6方面是一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括第1方面的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
此外，本发明的第7方面是一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括第2方面的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
此外，本发明的第8方面是一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括第3方面的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
此外，本发明的第9方面是一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括第4方面的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
此外，本发明的第10方面是一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括第5方面的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
此外，本发明的第11方面是一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括第6方面的悬臂。
此外，本发明的第12方面是一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括第7方面的悬臂。
此外，本发明的第13方面是一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括第8方面的悬臂。
此外，本发明的第14方面是一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括第9方面的悬臂。
此外，本发明的第15方面是一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括第10方面的悬臂。
此外，根据本发明第16方面，提供一种用于测量微结构的形变量的方法，其中，该方法包括以下步骤：设置数个传感器，以通过在产生弹性形变的所述微结构中的隧道效应来检测所述弹性形变；和通过所述数个传感器分别检测所述微结构的各部分的所述弹性形变作为由隧道电流的变化所导致的电阻的变化，所述方法特征在于，所述传感器具有在均具有导电性的下电极与上电极之间夹有绝缘层的结构，该绝缘层形成单一的隧道势垒，所述绝缘层中形成所述单一的隧道势垒的地方的厚度为1.0nm～2.5nm，所述传感器的电阻值和面积之积为100kΩ·μm2或更小。
此外，根据第17方面所述的用于测量微结构的形变量的方法是根据第16方面所述的用于测量所述微结构的形变量的方法，其中，在所述微结构中的产生所述弹性形变的区域处设置有多个所述传感器，使得多个所述传感器相互的部件轴按直角相交。
[本发明的优点]
根据本发明，针对在其至少一部分处产生弹性形变的微结构，可以以希望的位置、以希望的形状和尺寸设置高效率并且高灵敏度的尺寸极小的多个传感器。此外，由于用于检测微结构的弹性形变的部件的数量很少，因此便于对这些部件进行组装和调节。此外，将使用压电电阻元件(其具有非常小的电阻变化)与所述传感器相比，本发明使得可以通过使检测电路小型化来简化检测电路；此外，还可以检测到微结构的细微部分的局部位移。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的通过立体图示出的悬臂和检测电路的构成的示意例示。
图2是示出了传感器的构成的外观的立体图，该传感器被提供给图1所示的悬臂。
图3是对用于测量根据本发明实施例2的微结构的形变量装置的示例进行描述的示意例示。
图4是根据本发明实施例3的由立体图示出的悬臂和检测电路的构成的示意例示。
图5是图4所示的悬臂的部分放大立体图。
对标号的说明
1、31 悬臂
2、32 检测电路
2a、2b、2c 输入输出端子
3到5 引线
11 机构部
12、12x、12y 传感器
12a、12xa、12ya 绝缘层
12b、12xb、12yb 上电极
13 支柱部
13a、14c 一个侧面
13aa 上端部
14 梁部
14a 一个端部
14b 另一端部
14d 上表面
15 探针
21 微结构
22、23 支承部件
具体实施方式
[本发明多个优选实施例]
(实施例1)
图1是根据本发明第一实施例的悬臂1和检测电路2的构成的示意立体图；图2是示出了传感器12的构成的外观的立体图，该传感器12被提供给图1所示的悬臂1。在本示例中，悬臂1构成了MFM、AFM或SNOM(它们均为一种SPM)，并且悬臂1大致由机构部11和传感器12构成。机构部11由支柱部13、梁部14以及探针15组成。支柱部13的至少其表面由导体组成并呈近似长方体形状。梁部14的至少其表面由导体组成并呈近似长方体形状。在梁部14中，一个端部14a连接到上端部13aa的大致中央，该上端部13aa是一个侧面13a的上部，该侧面13a是支柱部13的一端；另一端部14b与支柱部13的垂直轴近似平行地延长。支柱部13与梁部14形成为一体，它们呈梁状，该梁的一端被保持并伸出。在梁部14的另一端部14b的下表面上保持有探针15。探针15近似呈四棱锥形，并且其尖端朝下。支柱部13的近似尺寸的示例是：宽度为100μm、长度为100μm并且高度为150μm。梁部14的近似尺寸的示例是：宽度为200μm、长度为50μm并且厚度为1μm。
传感器12形成在梁部14的一个侧面14c上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)。传感器12是一种隧道效应元件，并由图2所示的绝缘层12a(其构成了隧道势垒)和上电极12b构成。绝缘层12a呈近似矩形柱形，并且例如由氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)等构成。绝缘层12a的尺寸例如是：宽度为100nm、长度为100nm并且厚度为1nm。呈近似矩形柱形的上电极12b例如由钽(Ta)等构成，钽是非磁性材料和良导体。上电极12b的尺寸例如是：宽度为100nm、长度为100nm并且厚度为30nm。此外，图1和图2所例示的各部分的尺寸的比例与如以上示例所描述的尺寸并不一致。
此外，下面对如上所述地设置传感器12的尺寸、形状以及材料的原因进行说明。不用说，传感器12的尺寸越小越好，以检测到细微部分的局部位移；但是，如果将传感器12形成得更小，则通常传感器12的电阻会变大，并且还存在加工方面的问题。此外，如果传感器12的电阻很大(例如，100MΩ或更大)，则需要使用用作直流电源的不常用的电路元件，因为需要对绝缘层12a的两侧施加更高的电压。此外，如果传感器12的电阻很低(例如，10Ω或更小)，则在绝缘层12a中会出现泄漏电流。因此，希望传感器12的电阻值为100Ω到1MΩ。
如果传感器12较小，为了将传感器12的电阻值保持在100Ω到1MΩ之间，需要保持低的电阻面积之积RA(其为传感器12的电阻值与面积之积)；本发明人进行了细致的研究，并确信：优选地，RA为100kΩ·μm2或更小。由此，在实施例1中，传感器12的宽度为100nm，长度为100nm。
此外，下面对电阻面积之积RA与绝缘层12a(其为传感器12的组成部分)的厚度之间的关系进行描述。本发明人认为传感器12基于以下原理(隧道效应)进行工作：
(a)如果向传感器12施加了诸如加速度、压力、载荷、位移等的物理量，则该物理量被传送到由隧道势垒组成的绝缘层12a，并且绝缘层12a被偏转。绝缘层12a的最显著的偏转(deflection)是绝缘层12a的厚度。
(b)如果绝缘层12a的厚度改变了，则绝缘层12a的电阻值按照对数函数变化，这是因为隧穿隧道势垒的电子的隧道跃迁的概率变化了。
由此，为了通过所施加的物理量获得大的电阻值变化，传感器12的厚度是很重要的。对于该面积(当由氧化铝(Al2O3)构成传感器12的绝缘层12a时，其在自然氧化之前的金属铝的厚度是1.3nm或更小)下的电阻面积之积RA，公知的是，对铝的厚度的依赖性很大，因此传感器12获得了大电阻变化。在本发明的实施例1中，由于1.3nm的铝将成为2.0nm到2.5nm的氧化铝膜片，因此将绝缘层12a的厚度设置为约1nm。本发明人通过实验发现，当铝的厚度改变10％时，电阻面积之积RA线性地改变70％。
然而，如上所述，将传感器12形成在梁部14的一个侧面14c上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)的事实是因为：在梁部14中，上述位置随着探针15的位移偏转最大，从而基于上述传感器12的操作原理，通过检测梁部14的上述偏转量作为传感器12的电阻变化可以获得高检测灵敏度。此外，绝缘层12a和上电极12b的形状近似为矩形柱并且隧道结的形状是矩形的事实的原因是：认真地考虑了形成绝缘层12a和上电极12b以及形成隧道结的加工成本的廉价性，如果从这些加工的方面考虑不存在问题，则诸如近似圆柱情况或圆情况的任何种类的形状都是可以。
除绝缘层12a以外，通过利用薄膜形成技术可以形成上述悬臂1，如化学气相沉积(CVD)、真空蒸发或溅射、光刻技术、刻蚀技术或电镀技术。另一方面，当作为传感器12的组成部分的绝缘层12a是由氧化铝(Al2O3)制成时，通过以下方法中的任何一种方法形成绝缘层12a：(1)在上述部分中形成了金属铝之后在空气中自然氧化；(2)在上述部分中形成了金属铝之后在空气或真空中通过等离子氧化方法来氧化；(3)在上述部分中利用诸如CVD、真空蒸发或溅射的薄膜形成技术形成氧化铝(Al2O3)膜。
在检测电路2中，通过由铜(Cu)等制成的引线3将输入输出端子2a电连接到支柱部13。此外，在检测电路2中，通过由铜(Cu)等制成的引线4将输入输出端子2b电连接到上电极12b。检测电路2将恒定电压或者导通恒定电流施加给传感器12，检测电阻变化作为电流或电压的变化。然后，检测电路2基于以上检测结果对样品的表面轮廓进行可视化，并将其显示到显示器(在图中未示出)。
以下，对应用于AFM的上述悬臂1的行为进行描述。首先，将要观测其表面轮廓的样品固定在XYZ台(在图中未示出)上。由驱动电路来驱动该XYZ台，并将其构成为使得可以对表面进行二维扫描(沿XY方向)。然后，将探针15(其为悬臂1的组成部分，已在图1中对其进行了描述)的尖端布置成靠近样品(在图中未示出)的表面。然后，检测电路2通过引线3、引线4、支柱部13以及梁部14向传感器12施加恒定电压或导通恒定电流。
接着，以驱动电路驱动XYZ台，当沿表面方向(XY方向)进行二维扫描时，保持有探针15的悬臂1的梁部14由于样品的表面与探针15之间的原子力作用而弯曲。因为绝缘层12a(其为传感器12的组成部分，传感器12形成在梁部14的一个侧面14c上的一个端部14a的附近)的厚度由于梁部14的偏转而改变，因此传感器12的电阻值改变了。然后，检测电路2检测电阻值变化作为电流或电压的变化，并基于以上检测结果对样品的表面轮廓进行可视化，并将其显示到显示器(在图中未示出)。
如上所述，在本发明的实施例1中，将传感器12(其通过隧道效应来检测梁部14的弹性形变)形成在梁部14的一个侧面14c上的一个端部14a的附近，即，在悬臂1(其中，梁部14产生弹性形变)上靠近梁部14与支柱部13的连接部分。该传感器12使用悬臂1本身作为下电极。此外，在本发明的实施例1中，可以形成这样的(多个)传感器12，即，其灵敏度和效率高、尺寸极小，并且可以在加工悬臂1时将其与悬臂1配合地设置于希望的位置、设置为希望的形状和尺寸。
由此，本发明可以解决第一现有技术(其在对各部分、激光器等进行组装和调节以及整个设备的小型化方面存在困难)的问题。此外，与压电电阻元件(由于电阻的变化极小，因此其需要惠斯通电桥电路等)相比，本发明可以具有简单的检测电路构成；与压电电阻元件相比，由于本检测电路对压力有贡献的面积很小，因此还可以检测到细微部分的局部位移。
[实施例2]
在实施例1中，示出了将本发明应用于扫描探针显微镜的悬臂的示例；然而，本发明并不限于该应用。例如，本发明可以应用于诸如微机械等的微结构，该微结构通过接受诸如加速度、压力、载荷、位移等的物理量而在其至少一部分处产生弹性形变。即，在这些类型的微结构中，有时需要针对产生弹性形变的一部分或整个结构对几个部分中的形变量进行测量；通过以下在实施例2的应用中示出的方法我们回应了该需求。
图3是对用于测量根据本发明实施例2的微结构的形变量装置的方法的示例进行描述的示意例示。在图3中，微结构21除了在整个区上产生弹性形变以外，至少其表面具有导电性，其近似呈矩形柱形。在该微结构21的正面按规定间隔设有如图2所示的数个传感器12。此外，如图3所示的支承部件22和支承部件23在上表面上按规定间隔保持微结构21。
在此情况下，如图3所示，如果通过在微结构21的下表面的近似中央部分处增加一种从下向上的力，微结构21的近似中央部分向上偏斜指定长度。因此，对于置于微结构21的正面的形成了多个传感器12的绝缘层12a，由于其厚度随着微结构21的其中设置有某个传感器12的区域的偏离而改变，因此各传感器12的电阻值改变了。在此情况下，通过将多个探针中的每一对探针同时接触微结构21的上电极12b的表面和相邻表面，测量了各传感器12的电阻值。连接到所述多个探针(在图中未示出)中的一对探针的各检测电路将相对应的传感器12的电阻值的变化检测为电流或电压的变化。
如上所述，在本发明的实施例2中，将微结构21本身组合为下电极。因此，由于不必在设置有在第二现有技术的示例中的多个传感器的区域表面上形成绝缘层、传感器的连接端子等，因此可以简化包括有多个传感器的微结构21的构成。此外，可以针对产生弹性形变的一部分或整个结构对几个部分中的形变量同时进行测量，这在以前是无法测量的。由此，可以得到微结构21的偏离的分布。
(实施例3)
图4是通过立体图示出的悬臂31和检测电路32的构成的示意例示，而图5是图4所示的悬臂31的部分放大立体图。在图4和图5中，对与图1中的部分相对应的部分赋予相同的标记，并略去其描述。在图4和图5所示的悬臂31中，新形成了传感器12x和12y，它们代替了图1所示的传感器12。
将如图4和5所示的传感器12x与梁部14的垂直方向(x轴)相平行地形成在梁部14的上表面14d上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)。另一方面，将如图4和5所示的传感器12y与梁部14的部件方向(y轴)的轴相平行地形成在梁部14的上表面14d上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)。简言之，在梁部14的上表面14d上形成传感器12x和传感器12y，使得部件的轴相垂直。
如图5所示，传感器12x和12y是一种隧道效应元件，并且它们分别由绝缘层12xa和12ya(其组成了隧道势垒)以及上电极12xb和12yb构成。绝缘层12xa和12ya例如由氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)等构成，并且它们呈近似长方体形。绝缘层12xa和12ya的尺寸例如是：长度为100nm、宽度为30nm并且厚度为1nm。上电极12xb和12yb例如由钽(Ta)等(其为非磁性材料和良导体)组成，并且它们呈近似长方体形。上电极12xb和12yb的尺寸例如是：长度为100nm、宽度为30nm并且厚度为30nm。此外，在图4和图5中，所例示的各部分的尺寸的比例与上述示例的尺寸并不一致。此外，由于关于设置传感器12x和12y的尺寸、形状、材料的原因，以及用于形成传感器12x和12y的方法而言，关于本实施例1中的传感器12所说明的内容可以以该方式而应用，因此略去对其的描述。
在检测电路32中，通过由铜(Cu)等制成的引线3将输入输出端子2a电连接到悬臂31的支柱部13。此外，在检测电路2中，通过由铜(Cu)等制成的引线4将输入输出端子2b电连接到传感器12x的上电极12xa，并通过由铜(Cu)等制成的引线5将输入输出端子2c电连接到传感器12y的上电极12ya。检测电路32将恒定电压或者导通恒定电流施加给传感器12x和12y，分别检测传感器12x和12y的电阻变化作为电流或电压的变化。此外，检测电路32基于以上检测结果对样品的表面轮廓进行可视化，并将其显示到显示器(在图中未示出)。
以下，对应用于AFM的上述悬臂31的行为进行描述。首先，将要观测其表面轮廓的样品固定在XYZ台(在图中未示出)上。由驱动电路来驱动该XYZ台，并将其构成为使得可以对表面进行二维扫描(沿XY方向)。然后，将探针15(其为悬臂31的组成部分，已在图4和图5中对其进行了描述)的尖端布置成靠近样品(在图中未示出)的表面。然后，检测电路32通过引线3到5、支柱部13以及梁部14向传感器12x和12y施加恒定电压或导通恒定电流。
接着，以驱动电路驱动XYZ台，当沿表面方向(XY方向)进行二维扫描时，保持探针15的悬臂1的梁部14由于样品的表面与探针15之间的原子力作用而弯曲。由于梁部14弯曲的事实，因为绝缘层12xa和12ya(其分别形成了形成在梁部14的上表面14d上的一个端部14a的附近的传感器12x和12y)的厚度分别改变了，因此传感器12x和12y的电阻值分别改变了。检测电路32检测传感器12x和12y的电阻值变化作为电流或电压的变化，并基于以上检测结果对样品的表面轮廓进行可视化，并将其显示到显示器(在图中未示出)。
如上所述，在本发明的实施例3中，在其中梁部14产生弹性形变的悬臂31上，分别将传感器12x和12y(其通过隧道效应检测梁部14的弹性形变)与梁部14的垂直方向和部件方向的轴相平行地形成在梁部14的上表面14d上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)。这些传感器12x和12y使用悬臂31本身作为下电极。此外，在本发明的实施例3中，可以形成这样的传感器12x和12y，即，其灵敏度和效率高、尺寸极小，并且可以在加工悬臂1时将其与悬臂1配合地设置于希望的位置、设置为希望的形状和尺寸。
根据本发明的实施例3，在可以获得与上述实施例1类似的效果的同时，其还可以测量面对悬臂31的扫描方向的相对斜率。此外，通过分别将传感器12x和12y与梁部14的垂直方向和部件方向的轴相平行地形成在悬臂31的梁部14的上表面14d上的一个端部14a的附近(即，靠近梁部14与支柱部13的连接部分)，可以获得与上述效果类似的效果。
如上所述，尽管通过参照附图描述了本发明的多个实施例，但是其确切构成并不限于上述多个实施例，并且在不脱离本发明的要旨的情况下，可以将对设计的改变包括在本发明中。
例如，在上述实施例1和3中，示出了这样的示例，即，固定悬臂1或31，并且在表面方向上(沿XY方向)对要观测其表面轮廓的样品进行二维扫描；然而，并不限于这些示例，可以固定上述材料，并在表面方向上(沿XY方向)对悬臂1或31进行二维扫描。
此外，并不限于在上述实施例2所示的示例，其中只将传感器12置于微结构21的正面(见图3)。例如，可以将传感器12置于微结构21的上表面或下表面。如果按此方式构成，则可以测量微结构21的扭曲值等的分布。
此外，并不限于在上述实施例2所示的示例，其中通过将多个探针(在图中未示出)中的每一对探针同时接触微结构21的上电极12b的表面和相邻表面来测量各传感器12的电阻值的方法。例如，可以构成为：在将一条引线连接到微结构21上的同时，将另一引线连接到各传感器12的各电极12b。然后，构成为：将各条引线连接到诸如数字万用表等的测量仪器(在图中未示出)，通过测量仪器以并行地或顺序地切换的方式获得各传感器12的电阻值。按此方式的构成可以容易地测量微结构21的形变量的分布。
此外，在上述各实施例中，如果各技术不存在不相容性或目的和构成上的问题，则可以共同地应用各技术。
Claims (17)
1、一种微结构，该微结构的至少一部分产生弹性形变，其中，所述微结构设置有用于通过隧道效应检测该弹性形变的传感器，所述传感器，具有在均具有导电性的下电极与上电极之间夹有绝缘层的结构，该绝缘层形成单一的隧道势垒，所述绝缘层中形成所述单一的隧道势垒的地方的厚度为1.0nm～2.5nm，所述传感器的电阻值和面积之积为100kΩ·μm2或更小。
2、根据权利要求1所述的微结构，其中，该微结构具有以下构造：所述下电极与所述上电极隔着形成所述绝缘膜中的所述单一的隧道势垒的区域、相互平面状地对置。
3、根据权利要求1所述的微结构，其中，所述微结构的至少一部分具有导电性并构成所述下电极或所述上电极。
4、根据权利要求1所述的微结构，其中，所述传感器将所述微结构的所述弹性形变检测为电阻的变化。
5、根据权利要求1所述的微结构，其中，在所述微结构中的产生所述弹性形变的区域处设置有多个所述传感器，使得多个所述传感器相互的部件轴按直角相交。
6、一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括根据权利要求1所述的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
7、一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括根据权利要求2所述的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
8、一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括根据权利要求3所述的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
9、一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括根据权利要求4所述的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
10、一种扫描探针显微镜的悬臂，其中，所述悬臂包括根据权利要求5所述的微结构，当使所述悬臂的前端靠近样品表面时，使所述前端对所述样品进行相对二维扫描，所述扫描探针显微镜检测所述样品表面与所述悬臂的所述前端之间的物理量作用，作为形变量。
11、一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括根据权利要求6所述的悬臂。
12、一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括根据权利要求7所述的悬臂。
13、一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括根据权利要求8所述的悬臂。
14、一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括根据权利要求9所述的悬臂。
15、一种扫描探针显微镜，其中，所述扫描探针显微镜包括根据权利要求10所述的悬臂。
16、一种用于测量微结构的形变量的方法，其中，该方法包括以下步骤：
设置数个传感器，以通过在产生弹性形变的所述微结构中的隧道效应来检测所述弹性形变；和
通过所述数个传感器分别检测所述微结构的各部分的所述弹性形变作为由隧道电流的变化所导致的电阻的变化，
所述方法特征在于，所述传感器具有在均具有导电性的下电极与上电极之间夹有绝缘层的结构，该绝缘层形成单一的隧道势垒，所述绝缘层中形成所述单一的隧道势垒的地方的厚度为1.0nm～2.5nm，所述传感器的电阻值和面积之积为100kΩ·μm2或更小。
17、根据权利要求16所述的用于测量微结构的形变量的方法，其中，在所述微结构中的产生所述弹性形变的区域处设置有多个所述传感器，使得多个所述传感器相互的部件轴按直角相交。
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Granted publication date: 20090415 Termination date: 20140609 |
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