DE4124871A1

DE4124871A1 - Messvorrichtung in einem abtastsonden-mikroskop

Info

Publication number: DE4124871A1
Application number: DE4124871A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Miyamoto; Tsugiko Takase; Hiroshi Kajimura; Akitoshi Toda
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1992-01-30
Also published as: US5136162A; JPH0483104A

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung in einem Abtast sonden-Mikroskop, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 4.

Typische bekannte Abtastsonden-Mikroskope sind unter anderem Abtast-Tunnelmikroskope (STM = scanning tunneling micros cope) und Atomkraftmikroskope (AFM = atomic force micros cope).

Das STM ist eine Meßvorrichtung für Oberflächenkonfiguratio nen, bei der eine elektrisch leitfähige angespitzte Sonde nahe an eine elektrisch leitfähige Probe im Abstand von ei nigen wenigen Å herangebracht wird, so daß ein Tunnelstrom auftritt, wenn eine Vorspannung an die Sonde und die Probe angelegt wird. Für gewöhnlich wird beim STM die Distanz zwi schen Sonde und Probe servogesteuert, um sie konstant zu halten, wenn die Sonde die Oberfläche der Probe abtastet. Ein mit einer Hochspannung betriebenes piezoelektrisches Element wird für gewöhnlich verwendet, die Abtastung und die Servosteuerung der Sonde durchzuführen.

Der Tunnelstrom wird über eine Sondenelektrode erfaßt, wel che an dem piezoelektrischen Element angeordnet ist, wobei ein Isolatorbauteil zwischengeschaltet ist. Eine Servospan nung entsprechend der Konfiguration der Probenoberfläche wird dem piezoelektrischen Element zugeführt, so daß die Sonde die Probenoberfläche mit einer konstanten Distanz ab tasten kann. Das isolierende Bauteil ist zwischen die Son denelektrode und eine Treiberelektrode des piezoelektrischen Elementes geschaltet, an welche die Servospannung angelegt wird und zwischen der Treiberelektrode und der Sondenelek trode wird somit eine Kapazität gebildet. Wenn demzufolge eine Servospannung, welche sich zeitlich ändert an die Trei berelektrode des piezoelektrischen Elementes angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom an die Sondenelektrode nach dem Prinzip, als wenn eine Wechselspannung an die Elektrode der Kapazität angelegt werden würde. Dies wiederum verhin dert präzise Meßvorgänge.

Um dieses Problem zu lösen, schlägt die JP-OS 2-1 34 837 (ba sierend auf der US-Anmeldung 5 89 491) ein Verfahren vor, bei dem eine auf Masse gelegte Gürtelelektrode (girdling elec trode) zwischen der Sondenelektrode und dem piezoelektri schen Element unter Zwischenschaltung eines Isolierbereiches vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer derartigen Gürtelelektrode an einen piezoelektrischen Ele ment selbst, so daß das piezoelektrische Element auf Masse gelegt oder geerdet wird.

Diese Verfahren sind vorteilhaft im Falle des Anlegens einer konstanten Vorspannung an die Sonde oder im Falle des Anle gens einer modulierten Vorspannung an die Probe, wobei die Sonde virtuell auf Masse gelegt ist, so daß eine lokale elektrische Charakteristik der Probe auf der Grundlage eines Tunnelstroms gemessen wird (auch bekannt unter dem Begriff Abtasttunnel-Spektroskopie oder STS = scanning tunneling spectroscopy). Wenn es jedoch nötig ist, die Probe auf Mas sepotential oder einem festen Potential zu halten, wie im Falle eines Flüssig-STM, wird eine Vorspannung der Sonde zu geführt. Wenn in diesem Falle eine STS-Messung durchgeführt wird, bei der eine Vorspannung an die Sonde moduliert ist, fließt ein elektrischer Strom an die Sondenelektrode über das Isolierteil zwischen der Sondenelektrode und der Gürtel elektrode, da die Gürtelelektrode auf Massepotential liegt. Dieser elektrische Strom wird fehlerhaft als Tunnelstrom de tektiert und eine exakte STM-Messung kann nicht durchgeführt werden.

Bei einem AFM ist der verwendete Auslegerarm ungefähr 100 µm bis 2000 µm lang und aus elastischem Material gefertigt, wo bei der Ausleger einen freien Endabschnitt aufweist, der mit einer angespitzten Sonde ausgestattet ist. Die Sonde wird der Probe angenähert und eine Anziehungskraft, wie bei spielsweise eine Adsorptionskraft oder eine Van der Waalsche Kraft tritt zwischen dem Atom an der Sondenspitze und dem der Probenoberfläche auf. Auf der Grundlage der Auslenkung des Auslegers aufgrund der Anziehungskraft läßt sich eine lokale Konfiguration und/oder Charakteristik der Probe mes sen.

Zusätzlich zu dem erwähnten Modus mit der Anziehungskraft weist das AFM noch einen Modus mit einer Abstoßungskraft auf der Grundlage einer zwischenatomaren Abstoßungskraft (basie rend auf dem Pauli-Prinzip) auf, welche zwischen einem Atom in der Sondenspitze und einem Atom der Probe wirkt. Im Modus der Anziehungskraft wird die Kraft von 10^-7 bis 10^-12 N auf der Grundlage der Auslenkung des Auslegers detektiert und im Modus der Abstoßungskraft wird die Kraft von 10^-7 oder mehr auf ähnliche Weise detektiert.

Im Modus der Abstoßungskraft ist das, was von dem AFM haupt sächlich zu messen ist, eine zwischenatomare Kraft zwischen nur den benachbartsten Atomen in der Sondenspitze und der Probe. Mit anderen Worten, obwohl eine Anziehungskraft zwi schen den Atomen neben diesen benachbartsten Atomen wirkt, ist die Anziehungskraft viel schwächer als die Abstoßungs kraft und somit praktisch vernachlässigbar.

Andererseits liegt im Modus mit der Anziehungskraft eine Kraft vor, welche die Auslenkung des Auslegers beeinflußt und welche keine zwischenatomare Kraft ist. Ein Beispiel hierfür ist eine sogenannte Meniskus-Kraft, die auftritt, wenn Wassermoleküle sich zwischen der Sonde und der Probe aufhalten.

S. Manne und P. K. Hamsma et al. der California University, Barkley beschreiben in "Imaging metal atoms in air and water using the atomic force microscope" Appl. Phys. Lett. 56 (18), 30. April 1990 ein wirksames Verfahren zum Einbringen einer Sonde und eines Auslegers in Wasser und zum Durchführen ei ner Messung, während eine Meniskus-Kraft daran gehindert wird, die Sonde und den Ausleger zu beeinflussen, wenn eine nicht polarisierte Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser verwendet wird.

In einer Umgebung jedoch, in der Sonde und Ausleger von ei nem polarisierbaren isolierenden Material umgeben sind, wer den Innenseite und Außenseite der AFM-Vorrichtung von elek trostatischen Kräften einer Ladung beeinflußt, welche auf der Oberfläche der Sonde und des Auslegers auftritt, da das isolierende Material durch das Vorhandensein von Gegenstän den abnormaler Potentialenergie polarisiert wird. Dies wie derum schließt exakte Messungen aus.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine exakte STS-Messung durchführen zu können, bei der eine modu lierte Vorspannung der Sondenelektrode zugeführt wird, indem eine Wechselstromkomponenten des elektrischen Stromes zwi schen der Sondenelektrode und einer Gürtelelektrode besei tigt wird, so daß der Signal/Rausch-Abstand des Tunnelstroms verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch teilweise vereinfacht den Aufbau einer Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 4 eine seitliche Schnittdarstellung einer Meßvorrich tung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf die Meßvorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 7A und 7B Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Be ziehung zwischen einer Pulsspannung an einer unteren Elektrode in Fig. 6 und dem Ausgang eines AFM oder dem Ausgang des Tunnelstroms; und

Fig. 8 eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Sonde 12 zur Abtastung einer Probe 10 an einer Sondenelektrode 14 angeordnet. Die Sondenelektrode 14 wird von einem zylindrischen piezoelektrischen Stellglied 16 getragen. Vier Treiberelektroden 18 sind an der Umfangs wand des Stellgliedes 16 angeordnet. Das Stellglied 16 ist abhängig von Kombinationen von Spannungen, welche an die Treiberelektroden 18 angelegt werden, in drei räumlichen Achsen bewegbar. Somit wird auch die Sonde 12 entlang dieser drei räumlichen Achsen bewegbar. Eine Gürtelelektrode 20 (girdling electrode) ist zwischen dem Stellglied 16 und der Sondenelektrode 14 vorgesehen. Die Gürtelelektrode 20 wird durch Isolatoren 22 und 24 an den oberen und unteren Ober flächen der Gürtelelektrode 20 von der Sondenelektrode 14 und den Treiberelektroden 18 des Stellgliedes 16 isoliert.

Ein Vorspannungssignal S1 wird einem Operationsverstärker 26 eingegeben. Der Ausgang des Verstärkers 26 ist mit der Gür telelektrode 20 verbunden. Der Operationsverstärker 26 dient als Spannungsfolger zur Haltung des Potentials der Gürtel elektrode 20 auf dem gleichen Pegel oder Wert wie demjenigen des Vorspannungssignals S1. Das Vorspannungssiganl S1 wird weiterhin einem nicht invertierenden Eingang eines Operati onsverstärkers 28 zugeführt. Am invertierenden Eingang des Verstärkers 28 ist die Sondenelektrode 14 angeschlossen. Wenn das Potential der Sondenelektrode 14 gleich demjenigen der Vorspannung ist, wird ein Tunnelstrom zwischen der Sonde 12 und der Probe 10 in ein Spannungssignal konvertiert. Ein weiterer Operationsverstärker 30 ist ein Differenzverstärker zur Subtraktion der Vorspannungskomponente von einem vor spannungsaddierten Tunnelstromsignal S2 vom Operationsver stärker 28 und zur Spannungsverstärkung des Ergebnisses. So mit gibt der Verstärker 30 ein Tunnelstromsignal S3 aus.

Wenn bei der STS-Messung das Vorspannungssignal S1 mit einer Wechselstromkomponente zugeführt wird, ändern sich die Po tentiale der Sonde 12 und der Gürtelelektrode 14, während diese Potentiale gleich dem Vorspannungssignal S1 werden. So ist es möglich, einen Leckstrom daran zu hindern, zwischen der Sondenelektrode 14 und der Gürtelelektrode 20 über eine Kapazität des Isolators 24 zu fließen und nur ein Tunnel strom zwischen der Sonde 12 und der Probe 10 kann detektiert werden.

Wenn während der STM-Messung eine Spannung zum Abtasten der Treiberelektrode 18 zugeführt wird, fließt ein elektrischer Strom von der Treiberelektrode 18 in die Gürtelelektrode 20 über die Kapazitätskomponenten der Isolatoren 22 und 24 und fließt nicht in die Sondenelektrode 14. Somit kann nur ein Tunnelstrom zwischen der Sonde 12 und der Probe 10 detek tiert werden.

Somit kann unabhängig davon, ob eine STS-Messung oder eine STM-Messung durchgeführt wird die Sondenelektrode 14 nur den Tunnelstrom zwischen der Sonde 12 und der Probe 10 detektie ren, so daß eine exakte hochpräzise STS-Messung oder STM- Messung durchgeführt werden kann. Wenn die STS-Messung nicht durchgeführt wird, wird das Vorspannungssignal S1 auf kon stantem Potential gehalten und somit kann ähnlich wie bei der STM-Messung der Leckstrom von der Treiberelektrode 18 verhindert werden. Mit anderen Worten, der Leckstrom kann durch die Gürtelelektrode 20 verhindert werden.

Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2 sind Bauteile oder Elemente, welche Bauteilen oder Elementen in Fig. 1 entsprechen oder zu diesen iden tisch sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine nochmalige detaillierte Beschreibung erfolgt nicht.

Gemäß Fig. 2 ist an dem zylindrischen piezoelektrischen Stellglied 16 unter Dazwischenschaltung des Isolators 24 die Sonde 12 angeordnet, welche wiederum die Sondenelektrode 14 trägt. Das Stellglied 16 weist ein zylindrisches piezoelek trisches Element 32 auf. Die vier Treiberelektroden 18 sind an der Außenwand des piezoelektrischen Elementes 32 angeord net. An der inneren Wand des Elementes 32 ist eine gemein same Elektrode 34 so angeordnet, daß sie den Treiberelektro den 18 gegenüberliegt. Die Sonde 12 läßt sich durch Ausdeh nen und Zusammenziehen desjenigen Teiles des piezoelektri schen Elementes 32 in drei räumlichen Achsenrichtungen bewe gen, der zwischen den Elektroden 18 und 34 liegt. Weiterhin ist das piezoelektrische Element 32 mit einem Paar von Gür telelektroden 20 ausgestattet, welche streifenförmig ausge bildet sind und den inneren und äußeren Wänden des piezo elektrischen Elementes 32 gegenüberliegen.

In der zweiten Ausführungsform wird der gleiche Schaltkreis aufbau wie in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ver wendet. Die Gürtelelektrode 20 ist mit dem Ausgang des Ope rationsverstärkers 26 verbunden und die Sondenelektrode 14 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 verbunden. Arbeitsweise und Wirkungsweise dieses Schalt kreises wurden bereits unter Bezug auf die erste Ausfüh rungsform erläutert.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein Ausleger 50 vorgesehen, der als Abtastelement der Sonde verwendet wird, wobei der Ausleger 50 anstelle des zylindrischen piezoelektrischen Stellgliedes aus der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird. Der Ausleger 50 umfaßt zwei Paare von Zweielementkristallen, wie sie von Albrecht und C. F. Quate der Stanford University entwickelt worden sind. Mittig ist an dem Ausleger 50 eine gemeinsame Elektrode 52 vorgesehen. Die gemeinsame Elektrode 52 wird von zwei Dünnfilmen 54 und 56 aus ZnO sandwichartig umgeben. Zwei Treiberelektroden 58a und 58c sind auf der oberen Oberfläche des ZnO-Dünnfilmes 54 angeordnet und zwei weitere Treiberelektroden 58b und 58d sind auf der unteren Oberfläche des ZnO-Dünnfilmes 56 angeordnet. Durch Steuerung der Spannungen an den vier Treiberelektroden 58a bis 58d läßt sich der Spitzenbereich des Auslegers 50 in dreidimen sionaler Art und Weise bewegen. Das grundlegende Prinzip dieser Anordnung ist in der US-PS 49 12 822 beschrieben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ein isolierender Film 22 an den Treiberelektroden 58a und 58c des Auslegers 50 ausgebildet und die Gürtelelektrode 20 ist auf diesen iso lierenden Film 22 auflaminiert. An der Gürtelelektrode 20 ist ein weiterer isolierender Film 24 angeordnet. Die Son denelektrode 14 ist im Mittenbereich des Films 24 angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung. An der Sondenelektrode 14 ist die Sonde 12 ausgebildet.

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird der Schalt kreis gemäß Fig. 1 angewendet. Die Gürtelelektrode 20 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 26 verbunden und die Sondenelektrode 14 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 verbunden. Betrieb und Wir kungsweise des Schaltkreises wurden bereits unter Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 5 ist eine Ansicht von unten auf diese vierte Ausführungsform. Gemäß Fig. 4 ist eine Sonde 112 an einem freien Endabschnitt eines Auslegers 114 angeordnet. Die Sonde 112 ist in einer Lage unterstützt, wo die Sonde 112 einer Probe 116 derart angenä hert werden kann, daß eine zwischenatomare Kraft zwischen der Sonde 112 und der Probe 116 zu wirken beginnt. Mittels anodischem Bonden ist der Ausleger 114 an einem Pyrex-Glas substrat 120 befestigt. Das Substrat 120 weist Bereiche mit Dicken d1 und d2 auf, wobei d1 größer ist als d2. Eine Elek trode 122, welche durch einen Abscheidevorgang von Gold oder Chrom ausgebildet ist, ist auf der oberen Oberfläche des Substrates 120 vorgesehen. Der Ausleger 114 stellt die Di stanz zwischen der Sonde und der Probe ein. Der Ausleger 114 wird von einem piezoelektrischen Element 124 zur Abtastung der Prober 112 getragen. Die vorhandenen Vorrichtungen zur Erfassung der Auslenkung des freien Endabschnittes des Aus legers 114 aufgrund einer zwischenatomaren Kraft und einer Anziehungskraft sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Die Probe 116 ist an einem elektrisch leitfähigen Probensubstrat 118 beispielsweise aus Gold durch chemische Adsorption befe stigt. Die Elektrode 122 und das Probensubstrat 118 sind mit einer Energiequelle V1 zur Anlegung einer bestimmten Span nung verbunden.

Bei dieser Ausführungsform wird eine festgelegte Spannung zwischen die Elektroden 122 und das Probensubstrat 118 ange legt und somit wird ein elektrisches Feld E erzeugt. Wie weiterhin aus Fig. 4 hervorgeht, verlaufen einige elektri sche Kraftlinien in einem elektrischen Feld E_ext, erzeugt durch ein externes Potentialobjekt vertikal in die obere Oberfläche der Elektrode 122. Die anderen elektrischen Kraftlinien verlaufen auf das Probensubstrat 118 oder in dem Raum außerhalb der Elektrode 122. Keine elektrischen Kraft linien treten in den Raum zwischen der Elektrode 122 und das Probensubstrat 118 ein. Da die Elektrode 122 das elektrische Feld E_ext des externen Potentials abschirmt, ist die Sonde 112 von dem elektrischen Feld E_ext nicht beeinflußt.

Das Pyrex-Glassubstrat 120 wird durch das elektrische Feld E polarisiert und positive und negative Ladungen werden auf den oberen und unteren Oberflächen des Substrats abhängig von der Dielektrizitätskonstante ε und den Dicken d1 und d2 des Substrates verteilt. Wenn der Ausleger 114 und die Sonde 112 aus einem Isolatormaterial wie beispielsweise Si₃N₄ oder SiO₂ gebildet sind, werden der Ausleger 114 und die Sonde 112 ebenfalls polarisiert und Ladungen werden auf ihren Oberflächen verteilt. Wenn weiterhin die Probe 116 eine po larisierbare Substanz ist, wird sie ebenfalls polarisiert. Die elektrischen Felder, welche durch die Ladungsverteilun gen erzeugt werden, werden durch die Dielektrizitätskon stante beeinflußt. Wenn das Potential V an der Elektrode 122 und dem Probensubstrat 118 auf einen bestimmten Wert gesetzt wird, wird die elektrostatische Kraft, welche auf die Ladung der Probe 112 wirkt durch diesen bestimmten Wert festgelegt und kann so gesteuert werden. Zu dieser Zeit beeinflussen sich die Ladung der Sonde 112 und die polarisierte Lokalla dung der Probe 116 gegenseitig und eine Anziehungskraft tritt auf. Hierdurch wird der Ausleger 114 ausgelenkt.

Genauer gesagt, da ein elektrisches Feld nur durch die Ener giequelle V1 auf einem bestimmten Wert regelbar ist und im Nahbereich der Sonde 112 erzeugt wird, ist eine Messung ohne Beeinflussung aufgrund des elektrischen Feldes E_ext des ex ternene Potentialobjektes möglich.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Elemente aus den vorhergehenden Ausführungsformen sind hier wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine nochmalige detaillierte Beschreibung erfolgt nicht.

Bei der fünften Ausführungsform ist die Elektrode 122 oder eine obere Elektrode sowohl auf der oberen als auch den Sei tenflächen des Pyrex-Glassubstrates 120 ausgebildet. Eine Elektrode 126 oder untere Elektrode ist auf der unteren Oberfläche des dünnen Abschnittes (mit der Dicke d2) des Glassubstrates 120 vorgesehen. Die Elektrode 126 ist elek trisch mit dem Probensubstrat 118 über eine variable Ener giequelle V1 verbunden. Die Sonde 112 und der Ausleger 114 werden durch Eindotieren von Phosphor in Silizium mit hoher Konzentration ausgebildet, so daß sie elektrisch leitfähig sind. Die Sonde 112 und der Ausleger 114 sind mit dem Pro bensubstrat 118 über eine variable Energiequelle V₂ verbun den. Diese variable Energiequelle V₂ legt eine Spannung an die Probe 116 und die Sonde 112. Hierdurch wird ein AFM ge bildet, welches in der Lage ist, einen Tunnelstrom e zu de tektieren.

Von der Energiequelle V₁ wird eine bestimmte Konstantspan nung an die Elektrode 122 gelegt. Somit wird wie in der obi gen Ausführungsform ein elektrisches Feld E_ext einer exter nen Störung abgeschirmt und der Einfluß dieses Feldes auf die Sonde 122 wird beseitigt. An die Elektrode 126 wird eine bestimmte variable Spannung angelegt. Es sei nun angenommen, daß die variable Spannung eine Impulsspannung mit einer Am plitude V, einer Pulsdauer T1 und einem Pulsintervall T2 ist, wie in Fig. 7A dargestellt und der Ausgang des AFM oder der Tunnelstrom i zeigt eine Wellenform synchron mit der Pulsspannung von Fig. 7A, wie in Fig. 7B dargestellt. In diesem Fall ist es möglich, Erholseiten t1 und t2 von loka len Molekularausrichtungs-Charakteristiken und Polarisati ons-Charakteristiken der Probe 116 bezüglich dem Eingang des elektrischen Feldes zu erhalten.

Da das Glassubstrat 120, die Elektrode 122 und die Elektrode 126 problemlos transparent hergestellt werden können, ist es möglich, gleichzeitig die Polarisations-Charakteristik der Probe 116 durch Zwischenschaltung der vorliegenden Vorrich tung zwischen einem Polarisierer und einem Analysierer zu messen.

Fig. 8 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein polarisierbarer isolierender Dünnfilm 128 auf das Probensubstrat 118 auflaminiert. Be stimmte Spannungen werden der Elektrode 122 und dem Proben substrat 118 zugeführt, so daß das elektrische Feld E_ext ei nes externen Potentials abgeschirmt wird und das Glassub strat 120 und der isolierende Dünnfilm 128 polarisiert wer den. Durch die Polarisation des Dünnfilms 128 wird ein Mole kularfilm der Probe 116 durch chemische Adsorption festge halten. Wenn die Probe 116 aus kolloiden Molekülen besteht und in einer Lösung 130 schwimmt, kann die Herstellung und der nachfolgende Zustand des Molekularfilmes gemessen wer den, wobei gleichzeitig die Ausrichtung des Molekularfilms gesteuert werden kann.

Claims

1. Meßvorrichtung in einem Abtastsonden-Mikroskop, mit:
einer elektrisch leitfähigen Sonde;
einer Sondenelektrode, welche an der Sonde befestigt ist, um einen Tunnelstrom auszugeben; und
Abtastvorrichtungen mit Treiberelektroden zur elek trisch gesteuerten Abtastbewegung der Sonde, gekennzeichnet durch:
eine Gürtelelektrode zwischen den Treiberelektroden der Abtastvorrichtungen und der Sondenelektrode, welche elektrisch von diesen Elektroden isoliert ist; und
Spannungs-Anlegevorrichtungen zur Anlegung einer Span nung gleich der Spannung, die an der Sonde anliegt an die Gürtelelektrode.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen aus einem zylindrischen piezoelektrischen Stellglied bestehen, mit einem zylin drischen piezoelektrischen Element, einer gemeinsamen Elektrode innerhalb des piezoelektrischen Elementes und vier Treiberelektroden um das piezoelektrische Element herum.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen einen Ausleger aufweisen mit zwei plattenförmigen piezoelektrischen Elementen, einer plattenförmigen gemeinsamen Elektrode zwischen den beiden piezoelektrischen Elementen und zwei strei fenförmigen Treiberelektroden an jedem piezoelektri schen Element.

4. Meßvorrichtung in einem Abtastsonden-Mikroskop, mit:
einer Sonde mit einer punktförmigen Spitze;
einem Ausleger, der die Sonde an seinem freien Endab schnitt trägt und elastisch deformierbar ist bei Emp fang einer Kraft, welche zwischen der Sondenspitze und der Oberfläche einer Probe wirkt; und
Stützvorrichtungen zum Befestigen und Stützen des ande ren Endabschnittes des Auslegers, gekennzeichnet durch:
eine Elektrode, welche einstückig mit den Stützvorrich tungen ausgebildet ist und so ausgerichtet ist, daß sie dem Ausleger gegenüberliegt;
ein elektrisch leitfähiges Stützsubstrat zur Unterstüt zung der Probe; und
eine Energiequelle zur Anlegung einer Spannung zwischen die Elektrode und das elektrisch leitfähige Stützsub strat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch ein polarisierendes Bauteil an derjenigen Seite der Elektrode, welche der Probe gegenüberliegt, so daß dieses Bauteil dem Ausleger gegenüberliegt, wobei die Energiequelle eine steuerbare Energiequelle ist, die in der Lage ist, den Ausleger durch Aufbringen einer Cou lomb′schen Kraft zwischen der Ladung, erzeugt auf der Oberfläche des polarisierenden Bauteils durch die ange legte Spannung, und der Ladung, erzeugt auf dem Ausle ger oder der Sonde, auszulenken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zwei oder mehr einzelne Elektroden umfaßt, von denen jede eine unabhängig steuerbare Ener giequelle hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde und die Probe elektrische Leitfähigkeit haben und die Energiequelle eine Steuerenergiequelle ist zur Polarisierung der Probe.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Energiequelle eine rechteckförmige Impulsspannung erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle gesteuert ist, um ein elektri sches Feld zwischen der Elektrode und dem elektrisch leitfähigen Stützsubstrat zu steuern und um die Probe zu polarisieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Substrat so ausgebildet ist, daß es die Probe stützt, wobei ein polarisierbarer Film dazwischengeschaltet ist.