JP2000275160A - Method for observing sample by scanning proximity field optical microscope and ultra-flat sapphire substrate for scanning proximity field optical microscope - Google Patents

Method for observing sample by scanning proximity field optical microscope and ultra-flat sapphire substrate for scanning proximity field optical microscope

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JP2000275160A
JP2000275160A JP11082648A JP8264899A JP2000275160A JP 2000275160 A JP2000275160 A JP 2000275160A JP 11082648 A JP11082648 A JP 11082648A JP 8264899 A JP8264899 A JP 8264899A JP 2000275160 A JP2000275160 A JP 2000275160A
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sample
sapphire substrate
optical microscope
field optical
ultra
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JP11082648A
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Shinya Koshihara
伸也 腰原
Takashi Miyazawa
貴士 宮澤
Toshiharu Saiki
敏治 斎木
Mamoru Yoshimoto
護 吉本
Ken Ishikawa
謙 石川
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Kanagawa Academy of Science and Technology
Original Assignee
Kanagawa Academy of Science and Technology
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    • G01Q60/18SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an improved AFM(atomic force microscope) image and a luminous image to be observed for II-VI, III to V, and IV-group semiconductors and quantum structure bodies with optical characteristic especially at red, blue, and ultraviolet regions by using an ultra-flat sapphire substrate as a sample substrate. SOLUTION: A sample is observed by a scanning proximity field optical microscope with an ultraviolet fiber probe 1 by using an ultra-flat sapphire substrate 2 where for example a general sapphire substrate is annealed at 1,000-1,400 deg.C for flattening in units of atomic layers. Since the ultra-flat sapphire substrate 2 can be made flatter than the sample, the influence to a sample emission image due to a substrate itself can be suppressed extremely and resolution can be improved. Also, the sapphire substrate 2 has a high transmittance from an ultraviolet region to a near-infrared region, so that the amount of absorption of ultraviolet emission from the sample can be reduced extremely and the AFM image and emission image of the sample using the ultraviolet fiber probe 1 can be obtained with further high resolution. Further, it has a hydrophobicity so that it is suited for observing a hydrophobic sample such as polysilane.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、走査近接
場光学顕微鏡による試料観測方法および走査近接場光学
顕微鏡用超平坦サファイア基板に関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、優れた分解能で、赤
色、青色域から紫外域にバンドギャップ等の光学特性を
持つ試料を観測することのできる、新しい走査近接場光
学顕微鏡による試料観測方法および走査近接場光学顕微
鏡用超平坦サファイア基板に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for observing a sample using a scanning near-field optical microscope and an ultra-flat sapphire substrate for a scanning near-field optical microscope. More specifically, the invention of this application provides a novel scanning near-field optical microscope capable of observing a sample having optical characteristics such as band gap from red to blue to ultraviolet with excellent resolution. The present invention relates to an ultra-flat sapphire substrate for a scanning near-field optical microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体微細加工技術の向上ととも
に量子細線、量子井戸といった低次元半導体が作成され
るようになってきており、このような閉じ込め系の実現
とともに、その特異な性質が観測されている。一方、化
学の分野でも低次元半導体が合成的手法により作成され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, low-dimensional semiconductors such as quantum wires and quantum wells have been produced with the improvement of semiconductor fine processing technology. With the realization of such a confinement system, its unique properties have been observed. ing. On the other hand, also in the field of chemistry, low-dimensional semiconductors are created by synthetic methods.

【0003】従来より、高分子の形態についての情報を
得るためには、溶液の粘度指数や光散乱測定によるパラ
メータを用いる方法、核磁気共鳴(=NMR)から得ら
れる微視的情報を統計的に取り扱うことで分子形態を予
測する方法などが用いられてきた。しかし、いずれの方
法でも観測されるのは分子の平均値であり、また間接的
な情報しか得ることはできなかった。
Conventionally, in order to obtain information on the morphology of a polymer, a method using a viscosity index of a solution or a parameter obtained by light scattering measurement, and microscopic information obtained from nuclear magnetic resonance (= NMR) are statistically analyzed. For example, a method of predicting a molecular form by using such a method has been used. However, in each method, what was observed was the average value of the molecules, and only indirect information could be obtained.

【0004】このため、分子の個々の形態や情報を直接
観測することのできる原子間力顕微鏡(=AFM)など
の走査型顕微鏡が用いられるようになってきている。た
とえば、原子間力顕微鏡を用いた測定では、DNAの二
重螺旋構造などの有機高分子の形態を直接確認できるよ
うになって単分子の測定もなされている。しかし、原子
間力顕微鏡では高さ情報のみしか得ることができないた
め、得られた像が測定したい試料のものなのか、基板上
の傷やゴミのものなのかの判断は、画像と他の予測との
相関や条件を変えたときの像の変化から推測するしかな
く、信頼性が低いといった問題があった。
For this reason, a scanning microscope such as an atomic force microscope (= AFM) capable of directly observing individual forms and information of molecules has been used. For example, in a measurement using an atomic force microscope, the form of an organic polymer such as a double helical structure of DNA can be directly confirmed, and a measurement of a single molecule is also performed. However, since only the height information can be obtained with an atomic force microscope, it is not possible to determine whether the obtained image is from the sample to be measured or from scratches or dust on the substrate by using the image and other predictions. There is no other way but to estimate from the correlation with the image and the change of the image when the condition is changed, and there is a problem that the reliability is low.

【0005】そこで、より確実な試料の観測・同定のた
めに、発光スペクトルなどの試料固有の情報をAFM像
と同時に得ることのできる走査近接場光学顕微鏡がすで
に開発されている。この走査近接場光学顕微鏡は、微小
領域で光を散乱・検出し、光の回折限界を超える空間分
解能を得ることができ、試料の微細構造と光学スペクト
ルを測定して、得られた像の同定も容易になる。
[0005] Therefore, in order to observe and identify a sample more reliably, a scanning near-field optical microscope capable of obtaining information unique to the sample such as an emission spectrum simultaneously with an AFM image has been developed. This scanning near-field optical microscope can scatter and detect light in a minute area, obtain a spatial resolution exceeding the diffraction limit of light, measure the microstructure and optical spectrum of the sample, and identify the image obtained. Will also be easier.

【0006】[0006]

【解決しようとする課題】しかしながら、従来の走査近
接場光学顕微鏡では、紫外域に大きなバンドギャップ等
の光学特性を持つ試料、たとえばポリシラン、ポリゲル
マン、ポリスタン等など、を観測するうえで以下のよう
な問題点があった。すなわち、紫外域に大きなバンドギ
ャップを持つ試料はその吸収、発光が紫外域にあるた
め、紫外域での測定が可能な走査近接場光学顕微鏡を用
いる必要がある。ところが、紫外用の走査近接場光学顕
微鏡は、紫外光を吸収しないという特性を有するファイ
バープローブを必要とするが、このような紫外用ファイ
バープローブの製作が一般に困難であるため、実用化が
あまり進んでいないかった。
However, in a conventional scanning near-field optical microscope, a sample having optical characteristics such as a large band gap in the ultraviolet region, for example, polysilane, polygermane, polystane, etc., is observed as follows. There were serious problems. That is, since a sample having a large band gap in the ultraviolet region has its absorption and emission in the ultraviolet region, it is necessary to use a scanning near-field optical microscope capable of measuring in the ultraviolet region. However, a scanning near-field optical microscope for ultraviolet light requires a fiber probe having a property of not absorbing ultraviolet light. However, since it is generally difficult to manufacture such a fiber probe for ultraviolet light, its practical use has progressed very little. Was not.

【0007】そこで、ファイバープローブの紫外光に対
する問題を解決するべく、紫外光に対して高い透過効率
を有する紫外用ファイバープローブがすでに開発されて
いる(特開平10−082791、特開平10−082
792、特開平10−153604、特開平11−02
3587参照)。この紫外用ファイバープローブによ
り、紫外用の走査近接場光学顕微鏡が実現されるに至
り、紫外域でのポリシランなどの観測が可能となってい
る。
Therefore, in order to solve the problem of the fiber probe against ultraviolet light, ultraviolet fiber probes having high transmission efficiency for ultraviolet light have already been developed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-082791 and 10-082).
792, JP-A-10-153604, JP-A-11-02
3587). With the use of the ultraviolet fiber probe, a scanning near-field optical microscope for ultraviolet has been realized, and observation of polysilane and the like in the ultraviolet region has become possible.

【0008】しかしながら、この紫外用ファイバープロ
ーブを用いた走査近接場光学顕微鏡による観測では、未
だ十分な分解能をもって紫外域におけるAFM像および
発光像を得ることができていないという実用上の問題が
ある。紫外用の走査近接場光学顕微鏡による高分解能観
測は、量子ドット、量子細線などの個別粒子分光、半導
体の評価などに大きな需要がある。たとえば、高分子半
導体では主鎖上のリンクの存在により線形、非線形の光
学特性に大きな影響を与えるという理論計算がすでにな
されているため、高分子半導体の構造を得て、各点から
の光学スペクトルを精度良く測定することは、構造の欠
陥やセグメント長が光学特性にどのような影響を与える
かなどを観察するうえで非常に重要であり、また、量子
細線の物性理解にとどまらず、長さ数μmという巨大単
分子の形状と光学スペクトルとの関係という視点から
も、さらなる科学・技術の進歩、発展に貢献できるとし
て、早期実現を要望する声が多い。
However, observation by a scanning near-field optical microscope using the ultraviolet fiber probe has a practical problem that an AFM image and an emission image in the ultraviolet region cannot be obtained with sufficient resolution. There is a great demand for high-resolution observation by a scanning near-field optical microscope for ultraviolet for spectroscopic analysis of individual particles such as quantum dots and quantum wires, and evaluation of semiconductors. For example, in a polymer semiconductor, theoretical calculations have already been made that the presence of links on the main chain greatly affects the linear and nonlinear optical characteristics, so the structure of the polymer semiconductor is obtained and the optical spectrum from each point is obtained. Accurate measurement of the length is very important for observing the effects of structural defects and segment length on the optical properties, and is not limited to understanding the physical properties of quantum wires. From the viewpoint of the relationship between the shape of a giant single molecule of several μm and the optical spectrum, there are many voices requesting early realization as contributing to further advancement and development of science and technology.

【0009】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従来の紫外用走査近接場光学
顕微鏡の問題点を解消し、紫外域に吸収、発光がある試
料を高く優れた分解能で観測することのできる、新しい
走査近接場光学顕微鏡による試料観測方法および走査近
接場光学顕微鏡用超平坦サファイア基板を提供すること
を課題としている。
The invention of this application has been made in view of the circumstances described above, and solves the problems of the conventional scanning near-field optical microscope for ultraviolet light, and makes it possible to raise the sample having absorption and emission in the ultraviolet region. It is an object of the present invention to provide a new method for observing a sample using a scanning near-field optical microscope and an ultra-flat sapphire substrate for a scanning near-field optical microscope, which can be observed with excellent resolution.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上述
の課題を解決するものとして、紫外用ファイバープロー
ブを備えた走査近接場光学顕微鏡により試料を観測する
方法において、試料用基板として超平坦サファイア基板
を用いることを特徴とする走査近接場光学顕微鏡による
試料観測方法(請求項1)を提供し、また、この走査近
接場光学顕微鏡による試料観測方法において用いられる
走査近接場光学顕微鏡用超平坦サファイア基板(請求項
2)をも提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method for observing a sample with a scanning near-field optical microscope equipped with an ultraviolet fiber probe. A method for observing a sample using a scanning near-field optical microscope (claim 1), characterized by using a sapphire substrate, and an ultra-flat surface for a scanning near-field optical microscope used in the method for observing a sample using the scanning near-field optical microscope. A sapphire substrate (claim 2) is also provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】この出願の発明は、紫外用ファイ
バープローブを備えた走査近接場光学顕微鏡による試料
観測において、分解能をさらに向上させることを目的と
して行なわれた発明者らによる研究により、顕微鏡の他
の構成部分や試料自体に対して手を加えることを試みる
など様々な試行錯誤の結果なされたものであり、超平坦
サファイア基板を試料用基板として適用することで、そ
の目的を達成し、分解能向上効果を得ることができるよ
うになったものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application is based on a research conducted by the inventors to further improve the resolution in sample observation by a scanning near-field optical microscope equipped with an ultraviolet fiber probe. It was made as a result of various trials and errors, such as trying to modify other components and the sample itself, and achieved its purpose by applying an ultra-flat sapphire substrate as a sample substrate. This makes it possible to obtain a resolution improving effect.

【0012】また、この発明において用いられる超平坦
サファイア基板は、原子間力顕微鏡の分野においてはす
でに公知のものであり、一般のサファイア基板を空気中
において1000℃〜1400℃でアニールすることに
より原子層単位で平坦化させた超平坦性の基板である
(M.Yoshimoto et al., "Atomic-scale formation of u
ltrasmooth surfaces on sapphire substrates for hig
h-quality thin-film fabrication",Appl.Phys.Lett.67
(18),(Oct.1995) 参照)。しかしながら、この発明が属
する走査近接場光学顕微鏡の分野においては超平坦サフ
ァイア基板について全く知られておらず、超平坦サファ
イア基板を走査近接場光学顕微鏡に用いることは、この
発明の発明者による試行錯誤の末に初めて見出された従
来にない全く新しい概念であり、以下のような顕著な効
果を実現できる。
The ultra-flat sapphire substrate used in the present invention is already known in the field of atomic force microscopy, and is manufactured by annealing a general sapphire substrate in air at 1000 ° C. to 1400 ° C. It is an ultra-flat substrate that has been planarized by layers (M. Yoshimoto et al., "Atomic-scale formation of u
ltrasmooth surfaces on sapphire substrates for hig
h-quality thin-film fabrication ", Appl.Phys.Lett.67
(18), (Oct. 1995)). However, in the field of the scanning near-field optical microscope to which the present invention belongs, there is no known ultra-flat sapphire substrate, and the use of the ultra-flat sapphire substrate for the scanning near-field optical microscope is a trial and error process by the inventor of the present invention. This is a completely new concept that has never been found before, and can achieve the following remarkable effects.

【0013】すなわち、まず、この超平坦サファイア基
板は試料よりも平坦なものとすることができるため、基
板自体による試料発光像への影響を極力抑えることがで
き、走査近接場光学顕微鏡における分解能が向上される
ようになる。また、この超平坦サファイア基板は紫外光
に対する透過性も高いので、試料からの紫外発光の吸収
量が極めて少なく、紫外用ファイバープローブを備えた
走査近接場光学顕微鏡において試料のAFM像および発
光像をさらに高い分解能で得ることができるようにな
る。
[0013] First, since the ultra-flat sapphire substrate can be made flatter than the sample, the influence of the substrate itself on the sample emission image can be suppressed as much as possible, and the resolution of the scanning near-field optical microscope can be reduced. Will be improved. In addition, since this ultra-flat sapphire substrate has a high transmittance to ultraviolet light, the absorption amount of ultraviolet light emitted from the sample is extremely small, and the AFM image and the emission image of the sample can be obtained with a scanning near-field optical microscope equipped with an ultraviolet fiber probe. It will be possible to obtain with higher resolution.

【0014】さらにまた、ポリシランなどの疎水性を有
する試料を観察するにはそれをのせる基板も疎水性を有
する必要があるが、この超平坦サファイア基板は、超平
坦性および紫外光に対する高透過性だけでなく、疎水性
をも有しており、疎水性試料の観察に非常に適している
ことがわかった。このようにこの発明によって、超平坦
サファイア基板を用いることだけで、紫外域に吸収、発
光バンド等の光学特性を有する試料、さらには疎水性を
も併せ持つ試料を高い分解能で観察することが実現でき
るようになる。
Furthermore, in order to observe a sample having hydrophobicity such as polysilane, the substrate on which the sample is to be placed must also have hydrophobicity. However, this ultra-flat sapphire substrate has ultra-flatness and high transmittance to ultraviolet light. It has not only the property but also the hydrophobic property, and it turned out that it is very suitable for observation of a hydrophobic sample. As described above, according to the present invention, it is possible to observe a sample having optical characteristics such as absorption and emission bands in the ultraviolet region and a sample also having hydrophobicity with high resolution simply by using the ultra-flat sapphire substrate. Become like

【0015】さらに、超平坦サファイア基板は紫外域だ
けではなく、紫外域から近赤外域まで高い透過性を有
し、紫外用ファイバープローブも同様な範囲の光に対し
て高い透過効率を有するため、この発明では、紫外域だ
けではなく、近赤外域まで、特に赤色域・青色域に光学
特性を持つ試料についても高い分解能で観測することが
できる。特に、2−6、3−5、4族半導体並びに量子
構造体などに対しては優れたAFM像および発光像が得
られる。
Further, the ultra-flat sapphire substrate has high transmittance not only in the ultraviolet region but also in the ultraviolet region to the near-infrared region, and the ultraviolet fiber probe also has a high transmission efficiency for light in the same range. According to the present invention, a sample having optical characteristics not only in the ultraviolet region but also in the near infrared region, particularly in the red and blue regions, can be observed with high resolution. In particular, excellent AFM images and emission images can be obtained for 2-6, 3-5, and Group 4 semiconductors and quantum structures.

【0016】なお、走査近接場光学顕微鏡は、たとえ
ば、散乱を観測するものと発光を観測するものとに大別
でき、さらに発光を観測する走査近接場光学顕微鏡は、
プローブから励起光を照射するイルミネーションモー
ド、シグナルをプローブで受けるコレクションモード、
その両方をプローブで行なうイルミネーション&コレク
ションモードの三つにわけることができる。また、プロ
ーブで試料上を走査する際に試料からの距離を一定に保
つ方法としては、たとえば、エベネッセント光などの光
の検出強度でフィードバックをかける方法、STMやA
FMと組み合わせて測定を行なう方法が知られている。
この発明の方法は、上記のいずれの走査近接場光学顕微
鏡にも適用できる。
The scanning near-field optical microscope can be roughly classified into, for example, those for observing scattering and those for observing light emission.
Illumination mode for irradiating excitation light from the probe, collection mode for receiving signals with the probe,
Both can be divided into three modes: illumination & collection mode in which the probe is used. As a method of keeping the distance from the sample constant when scanning over the sample with the probe, for example, a method of applying feedback based on the detection intensity of light such as evanescent light, STM and ATM
A method of performing measurement in combination with FM is known.
The method of the present invention can be applied to any of the scanning near-field optical microscopes described above.

【0017】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
The embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、この発明の試料観測方法を適用した
走査近接場光学顕微鏡の一例を示した要部構成概念図で
ある。本実施例における図1に例示した走査近接場光学
顕微鏡は、AFMの一種であるシアフォースによるフィ
ードバックを使用したイルミネーションモードのもので
あり、ファイバープローブとして紫外用ファイバープロ
ーブ(1)を備えている。シアフォースとはプローブを
振動させ、試料・プローブ間の相互作用により変化する
振幅の大きさを測定することにより、試料・プローブ間
の距離を測定する方法である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a main part of an example of a scanning near-field optical microscope to which the sample observation method of the present invention is applied. The scanning near-field optical microscope illustrated in FIG. 1 in this embodiment is of an illumination mode using feedback by shear force, which is a kind of AFM, and includes an ultraviolet fiber probe (1) as a fiber probe. The shear force is a method of measuring the distance between the sample and the probe by vibrating the probe and measuring the magnitude of the amplitude that changes due to the interaction between the sample and the probe.

【0019】紫外用ファイバープローブ(1)は、たと
えば図2に例示したように、GeO 2 ドープシリカ
(A)、純粋シリカ(B)、低フッ素ドープシリカ
(C)からなる二重コアファイバーを複合選択エッチン
グにより三重テーパー化し、且つ遮光のためのAl
(D)が200nm程度蒸着されてなるものである。図
2中のθ1およびθ2 は第一テーパーおよび第二テーパ
ーの先鋭角であり、第一テーパーの先鋭角θ1 を小さく
することにより先端付近での遮光性と分解能を高め、第
二テーパーの先鋭角θ 2 を大きくすることにより金属
に覆われたコアの長さを短縮して透過効率が増強されて
いる。
The ultraviolet fiber probe (1) is
For example, as illustrated in FIG. TwoDoped silica
(A), pure silica (B), low fluorine doped silica
(C) Double-core fiber is compounded and selected.
Triple taper and Al for light shielding
(D) is deposited by about 200 nm. Figure
Θ in 21And θTwoIs the first taper and the second taper
The sharp angle θ of the first taper1Smaller
To improve the light shielding properties and resolution near the tip,
Two taper acute angle θTwoBy increasing the metal
Reduce the length of the core covered with
I have.

【0020】他の構成については、一般のイルミネーシ
ョンモード走査近接場光学顕微鏡と同じものであり、
(3)は励起光源としてのArレーザ、(4)はレーザ
ダイオード、(5)はフォトダイオード、(6)はロッ
クインアンプ、(7)はコンピュータ、(8)はフォト
ンカウンタ、(9)は光電子増倍管、(10)はバンド
パスフィルタ、(11a)(11b)は半球シリカレン
ズである。
Other configurations are the same as those of a general illumination mode scanning near-field optical microscope.
(3) Ar laser as excitation light source, (4) laser diode, (5) photodiode, (6) lock-in amplifier, (7) computer, (8) photon counter, (9) A photomultiplier tube, (10) is a bandpass filter, and (11a) and (11b) are hemispherical silica lenses.

【0021】このような構成を有する走査近接場光学顕
微鏡において試料用基板に超平坦サファイア基板(1)
を用い、ポリジ−n−ヘキシルシラン(以下、PDHS
と呼ぶ)およびn−デジル((s)2−メチルブチル)
シラン(以下、キラル−PSと呼ぶ)それぞれのAFM
像および発光像の観測を実際に行なった。超平坦サファ
イア基板(1)は、結晶軸の方向や加熱する温度を変え
ることによりステップの高さを変化させることができ、
本実施例ではステップが3nm程度の高さを持つ両面研
磨されたものとした。
In the scanning near-field optical microscope having such a structure, an ultra-flat sapphire substrate (1) is used as a sample substrate.
Using polydi-n-hexylsilane (hereinafter, PDHS)
And n-decyl ((s) 2-methylbutyl)
AFM of each silane (hereinafter referred to as chiral-PS)
The image and the emission image were actually observed. The ultra-flat sapphire substrate (1) can change the step height by changing the direction of the crystal axis and the heating temperature.
In this embodiment, the steps are polished on both sides with a height of about 3 nm.

【0022】一方、PDHS試料およびキラル−PS試
料としては次のように準備したものを用いた。まずPD
HS、キラル−PSをトルエンに溶かして濃度が10−
100μmg/mlのPDHS溶液、キラル−PS溶液
を用意し、その溶液を超平坦サファイア基板(1)に滴
下した後、常温且つ空気中で数分間自然乾燥させ、さら
にその後真空中で再び数分間乾燥させることにより、P
DHS試料、キラル−PS試料を作成した。溶媒として
は測定の妨げにならないように不揮発成分が取り除かれ
ている電子工業用のトルエンを用いた。
On the other hand, a PDHS sample and a chiral-PS sample used were prepared as follows. First, PD
HS, Chiral-PS is dissolved in toluene and the concentration is 10-
A 100 µmg / ml PDHS solution and a chiral-PS solution are prepared, and the solution is dropped on an ultra-flat sapphire substrate (1), air-dried at room temperature and in air for several minutes, and then dried again in vacuum for several minutes. Letting P
DHS samples and chiral-PS samples were prepared. As a solvent, toluene for electronics industry from which non-volatile components were removed so as not to hinder the measurement was used.

【0023】ポリシランを観測する場合には、ポリシラ
ンを基板上に適度な濃度で分散させる必要がある。基板
上のポリシランの濃度が高いと、ポリシランが大きなか
たまりとなって個別の構造を観測することが困難とな
り、また、濃度が低いと、測定範囲内にポリシランが存
在せず、ポリシランが観測されるまで多くの測定を必要
としてしまうなどといった恐れがある。ポリシランの分
散は、基板全体が均一であり測定範囲内に極少数のポリ
シランが存在する程度が最も望ましい。
When observing polysilane, it is necessary to disperse the polysilane on the substrate at an appropriate concentration. If the concentration of polysilane on the substrate is high, the polysilane becomes a large lump and it is difficult to observe individual structures.If the concentration is low, polysilane does not exist within the measurement range and polysilane is observed. There is a risk that many measurements are required. Most preferably, the dispersion of polysilane is such that the entire substrate is uniform and a very small number of polysilanes are present within the measurement range.

【0024】しかしながら実際にこのような分散状態を
作ることは困難であるため、その代わりとして、意図的
に基板上に濃度分布をつくり、測定結果から望ましい濃
度へ測定場所を変えていく方法を考え出した。そしてこ
の方法を用いるためには、なだらかな濃度分布を基板上
に作る必要があり、そのために基板上に滴下した溶液を
空気中でゆっくりと自然乾燥させることにより、なだら
かな濃度分布で溶液を分散させた。
However, since it is difficult to actually form such a dispersed state, instead, a method of intentionally forming a concentration distribution on a substrate and changing a measurement location from a measurement result to a desired concentration has been devised. Was. In order to use this method, it is necessary to create a gentle concentration distribution on the substrate, and for this purpose, the solution dropped on the substrate is slowly air-dried slowly in the air to disperse the solution with a gentle concentration distribution. I let it.

【0025】また、自然乾燥を行なって溶液が完全に蒸
発したように見えても、実際は基板上にトルエンが膜に
なって残っている場合がある。このため、自然乾燥の後
にさらに真空乾燥を行なうことにより、トルエンの膜を
取り除くようにした。真空乾燥を行なわない場合は、残
ったトルエンの膜のためにシアフォースでのプローブ・
試料間の距離の制御が不安定になってしまう。
Further, even if the solution seems to have completely evaporated by natural drying, the toluene may actually remain as a film on the substrate. For this reason, vacuum drying is performed after natural drying to remove the toluene film. If vacuum drying is not used, probe with a shear force for remaining toluene film.
The control of the distance between the samples becomes unstable.

【0026】また、溶液滴下後、自然乾燥を行なわずに
すぐに真空乾燥を行なってしまうと、ポリシランが特定
の場所に集中して凝集してしまうだけでなく、凝集体と
なったポリシランでは粘性が高くなるためシアフォース
による距離の制御が困難となるといったことも生じる。
このため、自然乾燥後に真空乾燥を行うことが好まし
い。
If vacuum drying is performed immediately after the dropping of the solution without natural drying, the polysilane will not only concentrate at a specific place but also agglomerate. Therefore, it becomes difficult to control the distance by the shear force.
Therefore, it is preferable to perform vacuum drying after natural drying.

【0027】さらにまた、ポリシランは紫外光によって
分解してしまうため、乾燥時には蛍光灯などの紫外光を
できるだけ当てないようにすることが好ましい。以上の
点を考慮して、本実施例では上記のように自然乾燥およ
び真空乾燥によるなだらかな濃度分布分散のPDHS試
料、キラル−PS試料を作成した。図3は、作成した試
料の濃度分布を概念的に例示したものであり、濃い色か
ら薄い色へと濃度が薄くなっていることを表している。
Furthermore, since polysilane is decomposed by ultraviolet light, it is preferable that ultraviolet light such as a fluorescent lamp be irradiated as little as possible during drying. In consideration of the above points, in this example, a PDHS sample and a chiral-PS sample having a gentle concentration distribution by natural drying and vacuum drying were prepared as described above. FIG. 3 conceptually illustrates the density distribution of the prepared sample, and shows that the density decreases from a dark color to a light color.

【0028】そして、上述したように作成された各試料
のAFM像および発光像の観測は以下のように行なっ
た。まず、各試料は超平坦サファイア基板(1)上に乗
せ、Arレーザ(3)により紫外用ファイバープローブ
(1)を通して試料を励起する。このArレーザ(3)
は、PDHSの発光像を観測する場合には波長351n
m、キラル−PSの発光像を観測する場合には波長30
0nmとした。また、紫外用ファイバープローブ(1)
とファイバー(図示していない)とのカップリングに
は、波長351nmではファイバーカップラー(図示し
ていない)を用い、波長300nmでは対物レンズを透
過しないため石英のボールレンズ(図示していない)を
用いた。
The observation of the AFM image and the emission image of each sample prepared as described above was performed as follows. First, each sample is placed on an ultra-flat sapphire substrate (1), and the sample is excited by an Ar laser (3) through an ultraviolet fiber probe (1). This Ar laser (3)
Is 351n when observing the emission image of PDHS.
m, the wavelength 30 when observing the emission image of chiral-PS.
It was set to 0 nm. In addition, ultraviolet fiber probe (1)
A fiber coupler (not shown) is used at a wavelength of 351 nm for coupling the fiber and a fiber (not shown), and a quartz ball lens (not shown) is used at a wavelength of 300 nm because the objective lens is not transmitted. Was.

【0029】次いで、試料からの発光は、超平坦サファ
イア基板(2)の裏側に設けられた一対の半球シリカレ
ンズ(11a)(11b)により集光して光電子増倍管
(9)を用いて検出する。試料の発光像を測定する場合
ではフォトンカウンタ(8)によりフォトンカウンティ
ングし、その値をシアフォースで得られた高さの情報と
ともにコンピュータ(7)に取り込む。この発光像測定
では、励起光とシグナルとを分けるためにバンドパスフ
ィルタ(10)を半球シリカレンズ(11b)と光電子
増倍管(9)との間に設けており、バンドパスフィルタ
(10)としては、PDHSの発光像測定では380n
m中心のもの、キラル−PSの発光像測定では330n
m中心のものを用いた。また、超平坦サファイア基板
(1)の散乱像測定ではロックインアンプ(6)を介し
てコンピュータ(7)に取り込んだ。
Next, light emitted from the sample is condensed by a pair of hemispherical silica lenses (11a) and (11b) provided on the back side of the ultra-flat sapphire substrate (2), and is condensed using a photomultiplier tube (9). To detect. When measuring the emission image of the sample, photon counting is performed by a photon counter (8), and the value is taken into a computer (7) together with height information obtained by shear force. In this emission image measurement, a bandpass filter (10) is provided between the hemispherical silica lens (11b) and the photomultiplier tube (9) to separate the excitation light from the signal. Is 380n in the emission image measurement of PDHS
m center, 330n in emission image measurement of chiral-PS
An m-centered one was used. Further, in the measurement of the scattering image of the ultra-flat sapphire substrate (1), it was taken into the computer (7) via the lock-in amplifier (6).

【0030】ここで、このようにして観測された各像に
ついて説明する。なお、各観測像は、前記の図3に例示
したように濃度分布において最も凝集している部分から
ある程度離れた位置で観測した。PDHSのAFM像お
よび発光像は、従来のように超平坦サファイア基板を用
いない場合に得られたものよりも、高い分解能で観測す
ることができ、PDHSのトランスプランナー構造をあ
る程度認識できた。
Here, each of the images thus observed will be described. Note that each observation image was observed at a position distant to some extent from the most aggregated portion in the concentration distribution as exemplified in FIG. The AFM image and the emission image of PDHS can be observed with higher resolution than those obtained when a superflat sapphire substrate is not used as in the related art, and the transplanner structure of PDHS can be recognized to some extent.

【0031】キラル−PSのAFM像および発光像から
も、剛直ロッド状の分子形態を高い分解能で確認するこ
とができた。また、ポリシランを熱トルエン中で撹拌し
てポリシランをほぐし、できるだけ絡まりがない試料と
したところ、この試料では、さらに細かい構造が確認で
き、AFM像および発光像がより相関のある像となり糸
状、つまり剛直ロッド状のポリシランを観測することが
できた。
From the AFM image and the emission image of chiral-PS, a rigid rod-like molecular form could be confirmed with high resolution. In addition, when the polysilane was stirred in hot toluene to loosen the polysilane to obtain a sample having as little entanglement as possible, in this sample, a finer structure could be confirmed, and the AFM image and the emission image became more correlated images, thus forming a thread-like shape. Rigid rod-shaped polysilane was observed.

【0032】特に垂直分解能に顕著な向上がみられ、従
来では得られていなかった高さ方向の構造の正確な観測
を実現できるようになった。なお、分解能をさらに向上
させるために、ポリシランが退色しないように測定を低
温で行なうことが好ましい。もちろん、この発明は以上
の例に限定されるものではなく、細部については様々な
態様が可能であることは言うまでもない。
In particular, a remarkable improvement in vertical resolution has been observed, and accurate observation of a structure in the height direction, which has not been obtained conventionally, can be realized. In order to further improve the resolution, the measurement is preferably performed at a low temperature so that the polysilane does not fade. Of course, the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various aspects are possible in detail.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明の走
査近接場光学顕微鏡による試料観測方法および走査近接
場光学顕微鏡用超平坦サファイア基板によって、紫外域
から近赤外域までにバンドギャップ等の光学特性を持つ
試料を高分解能で観測することができ、特に、赤色域、
青色域、紫外域に光学特性を持つ2−6、3−5、4族
半導体並びに量子構造体に対しては、従来では得られる
ことのできなかった優れたAFM像および発光像の観測
が実現できる。
As described in detail above, the method for observing a sample by the scanning near-field optical microscope and the ultra-flat sapphire substrate for the scanning near-field optical microscope according to the present invention provide optical characteristics such as band gap from the ultraviolet region to the near infrared region. Can be observed with high resolution, especially in the red range,
Observation of excellent AFM images and emission images, which could not be obtained conventionally, is realized for 2-6, 3-5, Group 4 semiconductors and quantum structures having optical characteristics in the blue and ultraviolet regions. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の試料観測方法を適用した走査近接場
光学顕微鏡の一例を示した要部構成の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a main part configuration showing an example of a scanning near-field optical microscope to which a sample observation method of the present invention is applied.

【図2】図1の走査近接場光学顕微鏡における紫外用フ
ァイバープローブを例示した概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an ultraviolet fiber probe in the scanning near-field optical microscope of FIG. 1;

【図3】超平坦サファイア基板上に作成した試料の濃度
分布を例示した概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the concentration distribution of a sample formed on an ultra-flat sapphire substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 紫外用ファイバープローブ 2 超平坦サファイア基板 3 Arレーザ 4 レーザダイオード 5 フォトダイオード 6 ロックインアンプ 7 コンピュータ 8 フォトンカウンタ 9 光電子増倍管 10 バンドパスフィルタ 11a,11b 半球シリカガラス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultraviolet fiber probe 2 Ultra flat sapphire substrate 3 Ar laser 4 Laser diode 5 Photodiode 6 Lock-in amplifier 7 Computer 8 Photon counter 9 Photomultiplier tube 10 Bandpass filter 11a, 11b Hemispherical silica glass

フロントページの続き (72)発明者 吉本 護 神奈川県相模原市相模大野4−2−5− 1012 (72)発明者 石川 謙 東京都文京区大塚6−14−2 Fターム(参考) 2H052 AA07 AA09 AC05 AC12 AC15 AC26 AC34 AE03 AF06 AF11Continuing on the front page (72) Inventor Mamoru Yoshimoto 4-2-5-1012 Sagamiono, Sagamihara-shi, Kanagawa (72) Inventor Ken Ishikawa 6-14-2 Otsuka, Bunkyo-ku, Tokyo F-term (reference) 2H052 AA07 AA09 AC05 AC12 AC15 AC26 AC34 AE03 AF06 AF11

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 紫外用ファイバープローブを備えた走査
近接場光学顕微鏡により試料を観測する方法において、
試料用基板として超平坦サファイア基板を用いることを
特徴とする走査近接場光学顕微鏡による試料観測方法。
1. A method for observing a sample with a scanning near-field optical microscope equipped with an ultraviolet fiber probe,
A sample observation method using a scanning near-field optical microscope, wherein an ultra-flat sapphire substrate is used as a sample substrate.
【請求項2】 請求項1記載の走査近接場光学顕微鏡に
よる試料観測方法において用いられる走査近接場光学顕
微鏡用超平坦サファイア基板。
2. An ultra-flat sapphire substrate for a scanning near-field optical microscope used in the method for observing a sample with the scanning near-field optical microscope according to claim 1.
JP11082648A 1999-03-25 1999-03-25 Method for observing sample by scanning proximity field optical microscope and ultra-flat sapphire substrate for scanning proximity field optical microscope Pending JP2000275160A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0838095A (en) * 1994-08-03 1996-02-13 Chugoku Ishiyoku Kenkyusho:Kk Production of bone marrow product
KR101213703B1 (en) 2010-08-27 2012-12-18 광주과학기술원 Time-resolved ultraviolet rays near-field scanning optical microscope and method of measuring using thereof
JP2015022233A (en) * 2013-07-22 2015-02-02 アストロデザイン株式会社 Optical resolution improving device and slide glass

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