JP2000292339A - 自己発光型光プローブおよびその製造方法と走査型近接場顕微鏡 - Google Patents
自己発光型光プローブおよびその製造方法と走査型近接場顕微鏡Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内部に発光機構を有することで、ＡＦＭのカ
ンチレバーと同様、簡易な取り扱いで走査型近接場顕微
鏡の探針として使用できるとともに、レーザー等の外部
光源を必要としない光プローブを提供する。またそのこ
とにより低価格の走査型近接場顕微鏡を提供する。 【解決手段】 芯となる光ファイバーのまわりに、正極
として透明電極ＩＴＯ膜６、ホール輸送層２、電子輸送
膜３、負極となる金属膜４を成膜して光プローブを構成
する。この両極間に電圧を印加する事で有機膜間に発光
が生じ、プローブ先端の微小な開口から光が取り出せる
ようになり、走査型近接場顕微鏡の探針としての使用が
可能になる。
ンチレバーと同様、簡易な取り扱いで走査型近接場顕微
鏡の探針として使用できるとともに、レーザー等の外部
光源を必要としない光プローブを提供する。またそのこ
とにより低価格の走査型近接場顕微鏡を提供する。 【解決手段】 芯となる光ファイバーのまわりに、正極
として透明電極ＩＴＯ膜６、ホール輸送層２、電子輸送
膜３、負極となる金属膜４を成膜して光プローブを構成
する。この両極間に電圧を印加する事で有機膜間に発光
が生じ、プローブ先端の微小な開口から光が取り出せる
ようになり、走査型近接場顕微鏡の探針としての使用が
可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は被測定物表面を光照
射もしくは光励起することにより、固体表面のナノメー
トル領域における形状観察や光物性測定を行うことを目
的とする走査型近接場顕微鏡に使用する光プローブと光
プローブ製造法と走査型近接場顕微鏡に関する。
射もしくは光励起することにより、固体表面のナノメー
トル領域における形状観察や光物性測定を行うことを目
的とする走査型近接場顕微鏡に使用する光プローブと光
プローブ製造法と走査型近接場顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまでに、ガラスキャピラリおよび光
ファイバーを尖鋭化してさらに周囲を金属コートして作
製するアパチャータイプの光プローブが報告されてい
る。マイクロ加工技術の発達に伴い先端部が非常に尖っ
たプローブを作製することができるようになった結果、
従来の光学顕微鏡の分解能を上まわる光学像の得られる
走査型近接場顕微鏡が実現できるようになっている。ま
た、半導体プロセスの精度の向上により、カンチレバー
タイプのチップ化された光導波路光プローブが作製でき
るようになっている。
ファイバーを尖鋭化してさらに周囲を金属コートして作
製するアパチャータイプの光プローブが報告されてい
る。マイクロ加工技術の発達に伴い先端部が非常に尖っ
たプローブを作製することができるようになった結果、
従来の光学顕微鏡の分解能を上まわる光学像の得られる
走査型近接場顕微鏡が実現できるようになっている。ま
た、半導体プロセスの精度の向上により、カンチレバー
タイプのチップ化された光導波路光プローブが作製でき
るようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでの開
口型ファイバープローブはその導波路部分を利用して外
部光源からの光を試料の微小領域に導くものであった。
そのためファイバーに光をカップリングする操作が必要
であり、また細くて折れやすい全長１ｍ程度のファイバ
ーを扱う操作は非常に煩雑であった。また半導体プロセ
スにより作製するカンチレバー程度の導波路光プローブ
は外部光源からの光をカップリングする事が難しく、漏
れた光が走査型近接場顕微鏡の観察に悪影響を与える。
そのことに加え、プローブ自体が光のスループットが小
さいために、外部光源には、ハイパワーで高価なレーザ
ーが必要であった。また目的によって、異なる波長の光
を利用したい場合、必要な波長の光を発振できるレーザ
ー光源を別途用意しなければならなかった。レーザー光
源は単色性の良い光を発振することから、広い波長範囲
の光を得るためには、非線形光学効果を使った波長変換
が必要であるが、ファイバー自体の透過する光の波長制
限があるために、走査型近接場顕微鏡における試料の吸
収測定などは行えなかった。また、プローブチップ先端
に発光材料を入れ、外部光源からの光励起によって発光
材料を光らせ、光源として利用する方法はＵＳ Patent
5546223, Patent5105305 R.E.Betzig，ＵＳ Patent5
479024Hillnerにあるが、いずれにしても外部に光源が
必要であった。
口型ファイバープローブはその導波路部分を利用して外
部光源からの光を試料の微小領域に導くものであった。
そのためファイバーに光をカップリングする操作が必要
であり、また細くて折れやすい全長１ｍ程度のファイバ
ーを扱う操作は非常に煩雑であった。また半導体プロセ
スにより作製するカンチレバー程度の導波路光プローブ
は外部光源からの光をカップリングする事が難しく、漏
れた光が走査型近接場顕微鏡の観察に悪影響を与える。
そのことに加え、プローブ自体が光のスループットが小
さいために、外部光源には、ハイパワーで高価なレーザ
ーが必要であった。また目的によって、異なる波長の光
を利用したい場合、必要な波長の光を発振できるレーザ
ー光源を別途用意しなければならなかった。レーザー光
源は単色性の良い光を発振することから、広い波長範囲
の光を得るためには、非線形光学効果を使った波長変換
が必要であるが、ファイバー自体の透過する光の波長制
限があるために、走査型近接場顕微鏡における試料の吸
収測定などは行えなかった。また、プローブチップ先端
に発光材料を入れ、外部光源からの光励起によって発光
材料を光らせ、光源として利用する方法はＵＳ Patent
5546223, Patent5105305 R.E.Betzig，ＵＳ Patent5
479024Hillnerにあるが、いずれにしても外部に光源が
必要であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の部分は、
上記の課題を解決するために光プローブの内部に電界発
光機能を持たせた光プローブに関するもので、光プロー
ブは薄膜発光素子によって構成した。この光プローブを
製造する方法としては、化学エッチング、スパッタ、真
空蒸着法、スピンコート法、ディップ法である。外部光
源や光ファイバーに光を集光する光学系が不要となり安
価な走査型近接場顕微鏡システムを提供する事が可能に
なった。またプローブ自体に発光機能が設けられている
ために、使用している有機材料を選択することにより、
異なる波長の光や広い波長範囲の光を発するプローブを
作製でき、走査型近接場顕微鏡における吸収測定なども
可能となる。中心に石英ロッドや光ファイバー、中空フ
ァイバ−を用いることでこれらの光導波路使ったキャビ
ティーを作製し、光強度を増幅する事が可能である。光
プローブに設けられた電極に電圧を印加するだけで光プ
ローブ自体が発光するので、光プローブの取り扱いはAF
Mにおけるカンチレバー同程度のものとなり、操作性が
格段に向上する。
上記の課題を解決するために光プローブの内部に電界発
光機能を持たせた光プローブに関するもので、光プロー
ブは薄膜発光素子によって構成した。この光プローブを
製造する方法としては、化学エッチング、スパッタ、真
空蒸着法、スピンコート法、ディップ法である。外部光
源や光ファイバーに光を集光する光学系が不要となり安
価な走査型近接場顕微鏡システムを提供する事が可能に
なった。またプローブ自体に発光機能が設けられている
ために、使用している有機材料を選択することにより、
異なる波長の光や広い波長範囲の光を発するプローブを
作製でき、走査型近接場顕微鏡における吸収測定なども
可能となる。中心に石英ロッドや光ファイバー、中空フ
ァイバ−を用いることでこれらの光導波路使ったキャビ
ティーを作製し、光強度を増幅する事が可能である。光
プローブに設けられた電極に電圧を印加するだけで光プ
ローブ自体が発光するので、光プローブの取り扱いはAF
Mにおけるカンチレバー同程度のものとなり、操作性が
格段に向上する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１である自
己発光型光プローブの断面図を示したものである。中心
金属芯１は先端がナノメートルサイズに尖鋭化してい
る。中心金属芯１の周りにホール輸送層２および電子輸
送層３となる有機材料が成膜され一番外側に金属膜４が
成膜してある。光プローブ先端には金属膜が成膜されて
いない部分、開口９があり、末端側には絶縁性フィルム
５がつけられている。中心金属芯１としては微細加工が
可能なＰｔＩｒ、ステンレス、インコネルなどが用いら
れる。ホール輸送層２には芳香族ジアミン類（ＴＰ
Ｄ）、電子輸送層３にはアルミニウム−キノリノール錯
体（Ａｌｑ）およびそれらの誘導体あるいは同様の特性
を有する材料が用いられる。金属膜４にはＡｌ、Ａｕな
どが用いられる。中心金属芯１を正極、金属膜４を負極
として電圧を印加する事により、ホール輸送層２と電子
輸送層３の界面から発光が得られる。発光させたときに
膜の厚さ方向に光が漏れないよう１００ｎｍ程度の金属
膜４で覆われている。しかし有機膜の横方向には光が進
行できるため、厚さの部分が光導波路として機能し、微
小な開口９からのみ光を取り出すことができる。
て図面を参照して説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１である自
己発光型光プローブの断面図を示したものである。中心
金属芯１は先端がナノメートルサイズに尖鋭化してい
る。中心金属芯１の周りにホール輸送層２および電子輸
送層３となる有機材料が成膜され一番外側に金属膜４が
成膜してある。光プローブ先端には金属膜が成膜されて
いない部分、開口９があり、末端側には絶縁性フィルム
５がつけられている。中心金属芯１としては微細加工が
可能なＰｔＩｒ、ステンレス、インコネルなどが用いら
れる。ホール輸送層２には芳香族ジアミン類（ＴＰ
Ｄ）、電子輸送層３にはアルミニウム−キノリノール錯
体（Ａｌｑ）およびそれらの誘導体あるいは同様の特性
を有する材料が用いられる。金属膜４にはＡｌ、Ａｕな
どが用いられる。中心金属芯１を正極、金属膜４を負極
として電圧を印加する事により、ホール輸送層２と電子
輸送層３の界面から発光が得られる。発光させたときに
膜の厚さ方向に光が漏れないよう１００ｎｍ程度の金属
膜４で覆われている。しかし有機膜の横方向には光が進
行できるため、厚さの部分が光導波路として機能し、微
小な開口９からのみ光を取り出すことができる。
【０００６】以上のように、光プローブ内に発光機能を
持たせる事により外部光源が必要ない光プローブが実現
できる。光プローブの先端は両者の電極が接触しないよ
うな構造に作られている。そのための構造上の工夫とし
て、中心金属芯１は先端がナノメートルサイズに尖鋭化
しているが、その先端部分まで完全にホール輸送層２お
よび電子輸送層３で覆った後金属膜４を開口９を残して
成膜している。また光プローブの末端側は、各膜の成膜
前に絶縁性フィルム５を成膜し、後にホール輸送層２、
電子輸送層３および金属膜４を成膜を行い、かつ中心金
属芯１には少なくとも金属膜４がつかないように成膜す
る事で電極部分（中心金属芯１、金属膜４）が分離した
構造をしている。この事により光プローブを配線の機能
を兼ねた２本のワイヤーで固定することで容易に光プロ
ーブの固定と配線を取ることが出来る。
持たせる事により外部光源が必要ない光プローブが実現
できる。光プローブの先端は両者の電極が接触しないよ
うな構造に作られている。そのための構造上の工夫とし
て、中心金属芯１は先端がナノメートルサイズに尖鋭化
しているが、その先端部分まで完全にホール輸送層２お
よび電子輸送層３で覆った後金属膜４を開口９を残して
成膜している。また光プローブの末端側は、各膜の成膜
前に絶縁性フィルム５を成膜し、後にホール輸送層２、
電子輸送層３および金属膜４を成膜を行い、かつ中心金
属芯１には少なくとも金属膜４がつかないように成膜す
る事で電極部分（中心金属芯１、金属膜４）が分離した
構造をしている。この事により光プローブを配線の機能
を兼ねた２本のワイヤーで固定することで容易に光プロ
ーブの固定と配線を取ることが出来る。
【０００７】通常の光ファイバーを用いた光プローブで
は、導波路部分となるファイバーコア部の構造と材質に
よる波長の制限を受けてしまう。本発明による光プロー
ブで扱える光の波長は電子輸送層３に用いられる有機材
料により決まる。電子輸送層３にはアルミニウム−キノ
リノール錯体（Ａｌｑ）およびそれらの誘導体の他にも
オキサジアゾール誘導体などを用いる事も可能である。
また、それらの有機材料を単独で用いる事や混合して用
いたり、ポリメチルメタアクリレートなどの高分子の中
に混ぜて使用してもかまわない。以上のように有機材料
の構成を変える事で、プローブの発光波長を変えること
や、同時に波長の異なる光を発光させ、波長幅の広い光
を作り出せすことも可能になり、これまで不可能であっ
た走査型光プローブ顕微鏡における吸収測定なども可能
となる。 （実施の形態２）図２は本発明の実施の形態２である自
己発光型光プローブの断面図を示した物である。図１に
示した本発明の実施の形態１と異なる点は２つある。ま
ず、中心に先端がテーパー形状をなしナノメートルサイ
ズに尖鋭化している光導波路７がある。次にその周り
に、透明電極６を成膜しており、この構成部分が図１に
おける中心金属と同様、電極端子となる。その外側に、
ホール輸送層２、電子輸送層３、金属膜４の構成になっ
ていることは図１と同様である。図１で用いた絶縁性フ
ィルム５はこの場合、透明電極６と金属膜４の間に必要
で、プローブに配線を取ったときショートしない構造と
なっている。光導波路７としてはシングルモード光ファ
イバー、マルチモード光ファイバー、中空ファイバ−、
石英ロッドなどが用いられる。透明電極６としてはＩＴ
Ｏ膜などが用いられる。
は、導波路部分となるファイバーコア部の構造と材質に
よる波長の制限を受けてしまう。本発明による光プロー
ブで扱える光の波長は電子輸送層３に用いられる有機材
料により決まる。電子輸送層３にはアルミニウム−キノ
リノール錯体（Ａｌｑ）およびそれらの誘導体の他にも
オキサジアゾール誘導体などを用いる事も可能である。
また、それらの有機材料を単独で用いる事や混合して用
いたり、ポリメチルメタアクリレートなどの高分子の中
に混ぜて使用してもかまわない。以上のように有機材料
の構成を変える事で、プローブの発光波長を変えること
や、同時に波長の異なる光を発光させ、波長幅の広い光
を作り出せすことも可能になり、これまで不可能であっ
た走査型光プローブ顕微鏡における吸収測定なども可能
となる。 （実施の形態２）図２は本発明の実施の形態２である自
己発光型光プローブの断面図を示した物である。図１に
示した本発明の実施の形態１と異なる点は２つある。ま
ず、中心に先端がテーパー形状をなしナノメートルサイ
ズに尖鋭化している光導波路７がある。次にその周り
に、透明電極６を成膜しており、この構成部分が図１に
おける中心金属と同様、電極端子となる。その外側に、
ホール輸送層２、電子輸送層３、金属膜４の構成になっ
ていることは図１と同様である。図１で用いた絶縁性フ
ィルム５はこの場合、透明電極６と金属膜４の間に必要
で、プローブに配線を取ったときショートしない構造と
なっている。光導波路７としてはシングルモード光ファ
イバー、マルチモード光ファイバー、中空ファイバ−、
石英ロッドなどが用いられる。透明電極６としてはＩＴ
Ｏ膜などが用いられる。
【０００８】作用として異なる点はこのような構成にす
る事により、光プローブから微小領域に当てた光が試料
と作用し、試料から反射もしくは発光してくる光を再び
光プローブの光導波路７を使って外部に取り出す事が可
能となる。外部光源を必要とせず、光プローブのみによ
るいわゆるイルミネーション−コレクションが可能とな
る。その他の効果は図１の光プローブと同様の効果を有
している。 （実施の形態３）図３は本発明の実施の形態３である自
己発光型光プローブの断面図を示した物である。構成と
して光導波路７／透明電極６／ホール輸送層２／電子輸
送層３／金属膜４であることは図２に示したことと同様
であるが、光プローブ先端と末端に誘電体ミラー８を配
している点が異なる。誘電体ミラー８としては電子輸送
層３に用いた有機材料による発光波長の１／４の膜圧で
ＳｉＯ2とＴｉＯ2を繰り返し成膜し、全体で２μｍの膜
を成膜する。このような構成にする事によって、光ファ
イバーの周りで発光する有機薄膜の光が透明電極６を透
過して光導波路７内部に閉じ込められ、光導波路７両端
にある誘電体ミラー８によって光増幅されることで、開
口から外部に光を取り出す際に光強度を大きくすること
ができる。その他の機能は図１と図２で示したものと同
様の機能を有する。 （実施の形態４）図４は本発明の実施の形態４である自
己発光型光プローブの作製方法を示したものである。先
端がナノメートルサイズに尖鋭化された光ファイバー２
３が絶縁性フィルム５に固定されている。尖鋭化の方法
については、特開平９−２８１１２３の公報に開示され
ている。まず光プローブ全体１０にスパッタ法により透
明電極７を約５０ｎｍ成膜させる。次に、光プローブ末
端３ｍｍ程度あまらせた部分から絶縁性フィルム５を成
膜する。次に、光ファイバー２３の軸を中心に回転させ
ながら図中の角度Ｂの方向から蒸着法によってホール輸
送層２を約５０ｎｍ成膜させる。さらに同様の方法で電
子輸送膜３を約５０ｎｍ成膜させる。ここで軸に対して
ほぼ垂直向きの角度Ｂから蒸着するのは、先端部分を含
めプローブ全体１０をホール輸送層２と電子輸送膜３で
覆うためで、プローブの周りに同心円状に成膜できる。
このことにより最後に金属膜４を成膜して光プローブと
して使用する際に電極が露出していてショートするとい
う事を防ぐ事ができる。最表面の金属膜４を蒸着する際
には図中の角度Ａ方向から蒸着を行う。これは先端部分
に金属膜４を成膜しない部分、開口９を作製するためで
ある。またその際には冶具後方１１には金属膜４が成膜
されないようマスクする。これは完成した光プローブを
筐体に取り付ける際、先端同様電極がショートしない構
造にするためであると同時に、簡便に電極の同通を取れ
るようにするためである。 （実施の形態５）図５は本発明の実施の形態５である自
己発光型光プローブの取り付け部分と取り付け冶具の構
造を示したものである。絶縁性フィルム後方部１１（約
３ｍｍ）は金属膜４が成膜されておらず下地の透明電極
７がむきだしになっている。逆に絶縁性フィルム５を含
めたプローブ前方は表面に金属膜４が成膜されている。
プラス電極ワイヤー１２とマイナス電極ワイヤー１３は
下向きに張力がかけられており、光プローブがない状態
では台１４を押さえつける構造になっている。台１４は
絶縁性である。これらのワイヤーを緩める事でワイヤー
と台１４の間に隙間ができ、光プローブを固定する事が
できる。また同時に、光プローブの電極に配線をつなぐ
事が簡便に行える。 （実施の形態６）図６は本発明の実施の形態６である自
己発光型光プローブの形態を示したものである。図１か
ら図４では図６（Ａ）に示すような、直線状の光プロー
ブ１６および製造工程を示したが、同様にして図６
（Ｂ）に示すような鈎状の光プローブ１５で本発明の発
光機能を有する光プローブを作製する事も可能である。
鈎状の光プローブ１５の場合先端を試料に対して垂直向
きに振動させる制御方式の走査型近接場顕微鏡や光プロ
ーブ先端の上下動をプローブのたわみにより検出し、制
御する方式の走査型近接場顕微鏡に搭載して使用する事
になる。光プローブ製造法についても直線状の光プロー
ブ１６とは曲げる工程が入っている点が異なる。
る事により、光プローブから微小領域に当てた光が試料
と作用し、試料から反射もしくは発光してくる光を再び
光プローブの光導波路７を使って外部に取り出す事が可
能となる。外部光源を必要とせず、光プローブのみによ
るいわゆるイルミネーション−コレクションが可能とな
る。その他の効果は図１の光プローブと同様の効果を有
している。 （実施の形態３）図３は本発明の実施の形態３である自
己発光型光プローブの断面図を示した物である。構成と
して光導波路７／透明電極６／ホール輸送層２／電子輸
送層３／金属膜４であることは図２に示したことと同様
であるが、光プローブ先端と末端に誘電体ミラー８を配
している点が異なる。誘電体ミラー８としては電子輸送
層３に用いた有機材料による発光波長の１／４の膜圧で
ＳｉＯ2とＴｉＯ2を繰り返し成膜し、全体で２μｍの膜
を成膜する。このような構成にする事によって、光ファ
イバーの周りで発光する有機薄膜の光が透明電極６を透
過して光導波路７内部に閉じ込められ、光導波路７両端
にある誘電体ミラー８によって光増幅されることで、開
口から外部に光を取り出す際に光強度を大きくすること
ができる。その他の機能は図１と図２で示したものと同
様の機能を有する。 （実施の形態４）図４は本発明の実施の形態４である自
己発光型光プローブの作製方法を示したものである。先
端がナノメートルサイズに尖鋭化された光ファイバー２
３が絶縁性フィルム５に固定されている。尖鋭化の方法
については、特開平９−２８１１２３の公報に開示され
ている。まず光プローブ全体１０にスパッタ法により透
明電極７を約５０ｎｍ成膜させる。次に、光プローブ末
端３ｍｍ程度あまらせた部分から絶縁性フィルム５を成
膜する。次に、光ファイバー２３の軸を中心に回転させ
ながら図中の角度Ｂの方向から蒸着法によってホール輸
送層２を約５０ｎｍ成膜させる。さらに同様の方法で電
子輸送膜３を約５０ｎｍ成膜させる。ここで軸に対して
ほぼ垂直向きの角度Ｂから蒸着するのは、先端部分を含
めプローブ全体１０をホール輸送層２と電子輸送膜３で
覆うためで、プローブの周りに同心円状に成膜できる。
このことにより最後に金属膜４を成膜して光プローブと
して使用する際に電極が露出していてショートするとい
う事を防ぐ事ができる。最表面の金属膜４を蒸着する際
には図中の角度Ａ方向から蒸着を行う。これは先端部分
に金属膜４を成膜しない部分、開口９を作製するためで
ある。またその際には冶具後方１１には金属膜４が成膜
されないようマスクする。これは完成した光プローブを
筐体に取り付ける際、先端同様電極がショートしない構
造にするためであると同時に、簡便に電極の同通を取れ
るようにするためである。 （実施の形態５）図５は本発明の実施の形態５である自
己発光型光プローブの取り付け部分と取り付け冶具の構
造を示したものである。絶縁性フィルム後方部１１（約
３ｍｍ）は金属膜４が成膜されておらず下地の透明電極
７がむきだしになっている。逆に絶縁性フィルム５を含
めたプローブ前方は表面に金属膜４が成膜されている。
プラス電極ワイヤー１２とマイナス電極ワイヤー１３は
下向きに張力がかけられており、光プローブがない状態
では台１４を押さえつける構造になっている。台１４は
絶縁性である。これらのワイヤーを緩める事でワイヤー
と台１４の間に隙間ができ、光プローブを固定する事が
できる。また同時に、光プローブの電極に配線をつなぐ
事が簡便に行える。 （実施の形態６）図６は本発明の実施の形態６である自
己発光型光プローブの形態を示したものである。図１か
ら図４では図６（Ａ）に示すような、直線状の光プロー
ブ１６および製造工程を示したが、同様にして図６
（Ｂ）に示すような鈎状の光プローブ１５で本発明の発
光機能を有する光プローブを作製する事も可能である。
鈎状の光プローブ１５の場合先端を試料に対して垂直向
きに振動させる制御方式の走査型近接場顕微鏡や光プロ
ーブ先端の上下動をプローブのたわみにより検出し、制
御する方式の走査型近接場顕微鏡に搭載して使用する事
になる。光プローブ製造法についても直線状の光プロー
ブ１６とは曲げる工程が入っている点が異なる。
【０００９】以下に鈎状の光プローブ１５の製造工程に
ついて述べる。まず、尖鋭化された光ファイバーをＣＯ
２レーザーの光を集光するなど熱的な手段を用いて光フ
ァイバー先端部分を鉤型に曲げる。この方法について
は、特開平９−２８１１２３の公報に開示されている。
続いてプローブ全体にスパッタ法による透明電極６の成
膜を行い、以下は図４で解説した製造方法を用い、ホー
ル輸送層２と電子輸送膜３、金属膜４の蒸着による成膜
を行う。この際、光ファイバーの曲げられた先を軸とし
て工程を進めるということ意外、直線状の光プローブ１
６の製造方法となんら違いはない。効果としての違いは
上に述べたように直線状の光プローブ１６とは異なるタ
イプの走査型近接場顕微鏡に搭載して使用するという事
である。鈎状の光プローブ１５を用いる走査型近接場顕
微鏡では光プローブを試料にコンタクトさせて掃引する
事が可能となるので、試料表面の摩擦力や粘弾性分布像
などを観察することができる。 （実施の形態７）図７は本発明の実施の形態７である光
プローブを搭載した走査型近接場顕微鏡の例を示してい
る。図６（Ｂ）に示した鈎状の光プローブ１５を振動手
段であるバイモルフ１７に設置し、鈎状の光プローブ１
５の先端を試料１８に対して垂直に振動させ、光プロー
ブ１５の先端と試料１８の表面の間に作用する原子間力
あるいはその他の相互作用に関わる力を光プローブ１５
の振動特性の変化として変位検出手段１９で検出し、鈎
状の光プローブ１５の先端と試料１８の表面の間隔を一
定に保つように制御手段２０で制御しながら、ＸＹＺ移
動機構２１により試料を走査して表面形状を測定する構
成である。またその際、鈎状の光プローブ１５の電極に
電圧を印加することで開口９から試料１８の局所領域に
光を照射することができるので、試料と相互作用した結
果の光を光学特性測定光検出手段２２で検出することに
よって同時に微小領域の光学特性の測定を行うことがで
きる。
ついて述べる。まず、尖鋭化された光ファイバーをＣＯ
２レーザーの光を集光するなど熱的な手段を用いて光フ
ァイバー先端部分を鉤型に曲げる。この方法について
は、特開平９−２８１１２３の公報に開示されている。
続いてプローブ全体にスパッタ法による透明電極６の成
膜を行い、以下は図４で解説した製造方法を用い、ホー
ル輸送層２と電子輸送膜３、金属膜４の蒸着による成膜
を行う。この際、光ファイバーの曲げられた先を軸とし
て工程を進めるということ意外、直線状の光プローブ１
６の製造方法となんら違いはない。効果としての違いは
上に述べたように直線状の光プローブ１６とは異なるタ
イプの走査型近接場顕微鏡に搭載して使用するという事
である。鈎状の光プローブ１５を用いる走査型近接場顕
微鏡では光プローブを試料にコンタクトさせて掃引する
事が可能となるので、試料表面の摩擦力や粘弾性分布像
などを観察することができる。 （実施の形態７）図７は本発明の実施の形態７である光
プローブを搭載した走査型近接場顕微鏡の例を示してい
る。図６（Ｂ）に示した鈎状の光プローブ１５を振動手
段であるバイモルフ１７に設置し、鈎状の光プローブ１
５の先端を試料１８に対して垂直に振動させ、光プロー
ブ１５の先端と試料１８の表面の間に作用する原子間力
あるいはその他の相互作用に関わる力を光プローブ１５
の振動特性の変化として変位検出手段１９で検出し、鈎
状の光プローブ１５の先端と試料１８の表面の間隔を一
定に保つように制御手段２０で制御しながら、ＸＹＺ移
動機構２１により試料を走査して表面形状を測定する構
成である。またその際、鈎状の光プローブ１５の電極に
電圧を印加することで開口９から試料１８の局所領域に
光を照射することができるので、試料と相互作用した結
果の光を光学特性測定光検出手段２２で検出することに
よって同時に微小領域の光学特性の測定を行うことがで
きる。
【００１０】図７は試料１８の裏面で測定光を検出する
透過型の構成を示したが、試料表面で測定光を検出する
反射型の構成や、図２に示した構造の光プローブを用い
れば、光プローブ自身で光を検出する構成も可能であ
る。また、通常、変位検出手段１９としては光てこが用
いられるが、圧電体を有する光プローブを用いることで
変位検出手段１９に替えることも出来る。
透過型の構成を示したが、試料表面で測定光を検出する
反射型の構成や、図２に示した構造の光プローブを用い
れば、光プローブ自身で光を検出する構成も可能であ
る。また、通常、変位検出手段１９としては光てこが用
いられるが、圧電体を有する光プローブを用いることで
変位検出手段１９に替えることも出来る。
【００１１】また、図７は鈎状の光プローブ１５を振動
させる装置構成を示したが、バイモルフ１７を振動させ
ないか、バイモルフ１７を使用しない装置構成とし、コ
ンタクトモードのＡＦＭとして測定を行うことも可能で
ある。さらに、これらの装置にプローブと試料が液体中
に保持されるように液だめの覆いを設けることで液中に
おける測定を行うことができる。
させる装置構成を示したが、バイモルフ１７を振動させ
ないか、バイモルフ１７を使用しない装置構成とし、コ
ンタクトモードのＡＦＭとして測定を行うことも可能で
ある。さらに、これらの装置にプローブと試料が液体中
に保持されるように液だめの覆いを設けることで液中に
おける測定を行うことができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。光プロ
ーブの内部に電界発光機能を持たせることで、外部光源
や光ファイバーに光を集光する光学系が不要となり安価
な走査型近接場顕微鏡システムを提供する事につなが
る。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。光プロ
ーブの内部に電界発光機能を持たせることで、外部光源
や光ファイバーに光を集光する光学系が不要となり安価
な走査型近接場顕微鏡システムを提供する事につなが
る。
【００１３】また、プローブ自体に発光機能が設けられ
ているために、使用している有機材料を選択することに
より、異なる波長の光や広い波長範囲の光を発するプロ
ーブを作製でき、走査型近接場顕微鏡における吸収測定
なども可能となる。中心に石英ロッドや光ファイバーを
用いることでこれらの光導波路を使ったキャビティーを
作製し、光強度を増幅する事が可能である。光プローブ
に設けられた電極に電圧を印加するだけで光プローブ自
体が発光するので、光プローブの取り扱いはＡＦＭにお
けるカンチレバー同程度のものとなり、操作性が格段に
向上する。
ているために、使用している有機材料を選択することに
より、異なる波長の光や広い波長範囲の光を発するプロ
ーブを作製でき、走査型近接場顕微鏡における吸収測定
なども可能となる。中心に石英ロッドや光ファイバーを
用いることでこれらの光導波路を使ったキャビティーを
作製し、光強度を増幅する事が可能である。光プローブ
に設けられた電極に電圧を印加するだけで光プローブ自
体が発光するので、光プローブの取り扱いはＡＦＭにお
けるカンチレバー同程度のものとなり、操作性が格段に
向上する。
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる自己発光型光
プローブを示す断面図である。
プローブを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかわる自己発光型光
プローブを示す断面図である。
プローブを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３にかかわる自己発光型光
プローブを示す断面図である。
プローブを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４にかかわる自己発光型光
プローブの作製方法を示す図である。
プローブの作製方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態５にかかわる自己発光型光
プローブの根元部分と取り付け冶具の構造を示す図であ
る。
プローブの根元部分と取り付け冶具の構造を示す図であ
る。
【図６】本発明の実施の形態６にかかわる自己発光型光
プローブの形態を示す模式図である。
プローブの形態を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態７にかかわる光プローブを
搭載した走査型近接場顕微鏡の構成を示す図である。
搭載した走査型近接場顕微鏡の構成を示す図である。
１ 中心金属芯 ２ ホール輸送層 ３ 電子輸送層 ４ 金属膜 ５ 絶縁性フィルム ６ 透明電極 ７ 光導波路 ８ 誘電体ミラー ９ 開口 １０ 光プローブ全体 １１ 絶縁性フィルム後方部 １２ プラス電極ワイヤー １３ マイナス電極ワイヤー １４ 台 １５ 鈎状の光プローブ １６ 直線状の光プローブ １７ バイモルフ １８ 試料 １９ 変位検出手段 ２０ 制御手段 ２１ ＸＹＺ移動機構 ２２ 光学特性測定光検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 徳男 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 山本 典孝 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内
Claims (18)
- 【請求項１】 端部に設けられた微小な開口から光を出
射することで、走査型近接場顕微鏡に用いる光プローブ
として作用する探針であって、発光機能を前記探針内に
持つことを特徴とする自己発光型光プローブ。 - 【請求項２】 前記光プローブは、先端が尖鋭化された
導電性の芯を持ち、その回りを有機薄膜、金属膜の順で
覆われ、中心の導電性の芯と外側の金属膜の間に電圧を
印加することにより、間に挟まれた有機層が発光するこ
とを特徴とする請求項１記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項３】 前記光プローブに用いられる、導電性の
芯は金属もしくは光導波路に導電性膜を成膜したもので
あることを特徴とする請求項１または２記載の自己発光
型光プローブ。 - 【請求項４】 前記光プローブに用いられる、光導波路
は石英ロッド、中空ファイバ−もしくは光ファイバーで
あることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に
記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項５】 前記光プローブに用いられる、導電性膜
は透明電極薄膜であることを特徴とする請求項１から３
のいずれか一項に記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項６】 前記光プローブに用いられる、有機薄膜
はホール移動度の大きな光導電性材料と電子移動度の大
きな光導電性材料が内側から順に成膜した積層構造をし
ていることを特徴とする請求項１または２記載の自己発
光型光プローブ。 - 【請求項７】 前記光プローブに用いられる光導波路は
その両端面に誘電体ミラーを配することにより、光共振
器として機能することを特徴とする請求項１から４のい
ずれか一項に記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項８】 前記光プローブは金属膜の成膜範囲が透
明電極薄膜より短く、かつ金属膜と透明電極薄膜の積層
構造の一部には絶縁性フィルムが挟まっており、この両
導電体を電極として作用させる構造を有することを特徴
とする請求項１，２および５のいずれか一項に記載の自
己発光型光プローブ。 - 【請求項９】 前記光プローブに用いる光ファイバーは
コア部分を有し、このコア部分が光導波路として開口外
部の光を拾い出す機能をもつことを特徴とする請求項１
から４のいずれか一項に記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項１０】 前記光プローブは中心に石英ロッドを
有し、この石英ロッドが光導波路として開口外部の光を
拾い出す機能をもつことを特徴とする請求項１から４の
いずれか一項に記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項１１】 前記光プローブは中心に中空ファイバ
ーを有し、その中空部分が光導波路として開口外部の光
を取り出す機能をもつことを特徴とする請求項１から４
のいずれか一項に記載の自己発光型光プローブ。 - 【請求項１２】 前記光プローブに用いる有機薄膜は、
異なる発光色で光る請求項６記載の有機材料の組みあわ
せ、あるいはそれら混合物の組み合わせであり、マルチ
波長発光プローブであることを特徴とする請求項１，２
および６のいずれか一項に記載の自己発光型光プロー
ブ。 - 【請求項１３】 前記光プローブは芯を回転しながら、
スパッタおよび斜め方向からの真空蒸着法により導電性
薄膜と有機薄膜と金属膜を成膜する工程により発光機構
と開口部を作製することを特徴とする請求項１から１１
のいずれか一項に記載の自己発光型光プローブの製造方
法。 - 【請求項１４】 前記光プローブの有機薄膜を成膜する
工程は真空蒸着スピンコート法、ディップ法であること
を特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の
自己発光型光プローブの製造方法。 - 【請求項１５】 プローブの先端部と測定すべき試料あ
るいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態で、２次元的
な走査手段によって前記試料表面を走査するとともに、
制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プローブ
を制御し、試料形状を測定する走査型近接場顕微鏡にお
いて、前記プローブの先端と前記表面を相対的に水平方
向あるいは垂直方向に振動させる振動手段と、 前記プローブの振幅の大きさを検出する検出手段と、 前記検出手段が出力する検出信号に基づいて前記プロー
ブの先端部と前記表面の間隔を一定に保つための制御手
段を有するとともに、 少なくとも請求項１から１１のいずれか一項に記載の光
プローブを有することを特徴とする走査型近接場顕微
鏡。 - 【請求項１６】 プローブの先端部と測定すべき試料あ
るいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態で、２次元的
な走査手段によって前記試料表面を走査するとともに、
制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プローブ
を制御し、前記表面の微小領域に対して、光照射あるい
は光検出を行い、試料形状と２次元光学情報を同時に測
定する走査型近接場顕微鏡において、 前記プローブの先端と前記表面を相対的に水平方向ある
いは垂直方向に振動させる振動手段と、 前記プローブの振幅の大きさを検出する検出手段と、 前記検出手段が出力する検出信号に基づいて前記プロー
ブの先端部と前記表面の間隔を一定に保つための制御手
段を有するとともに、 少なくとも請求項１から１１のいずれか一項に記載のプ
ローブを有することを特徴とする走査型近接場顕微鏡。 - 【請求項１７】 プローブの先端部と測定すべき試料あ
るいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態で、２次元的
な走査手段によって前記試料表面を走査するとともに、
制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プローブ
を制御し、試料形状を測定する走査型近接場顕微鏡おい
て、前記プローブの変位を検出する変位検出手段と、 前記検出手段が出力する検出信号に基づいて前記プロー
ブの先端部と前記表面の間隔を一定に保つための制御手
段を有するとともに、 少なくとも請求項１から１１のいずれか一項に記載のプ
ローブを有することを特徴とする走査型近接場顕微鏡。 - 【請求項１８】 プローブの先端部と測定すべき試料あ
るいは媒体表面との間隔を、前記プローブ先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態で、２次元的
な走査手段によって前記試料表面を走査するとともに、
制御手段によって前記表面の形状に沿って前記プローブ
を制御し、前記表面の微小領域に対して、光照射あるい
は光検出を行い、試料形状と２次元光学情報を同時に測
定する走査型近接場顕微鏡において、 前記プローブの変位を検出する変位検出手段と、 前記検出手段が出力する検出信号に基づいて前記プロー
ブの先端部と前記表面の間隔を一定に保つための制御手
段と、 前記プローブのねじれを検出するねじれ検出手段を有す
るとともに、少なくとも請求項１から１１のいずれか一
項に記載のプローブを有することを特徴とする走査型近
接場顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005934A JP3756368B2 (ja) | 1999-02-05 | 2000-01-07 | 自己発光型光プローブおよびその製造方法と走査型近接場顕微鏡 |
| US09/497,012 US6396050B1 (en) | 1999-02-05 | 2000-02-02 | Self-emitting optical probe, method for producing the same, and scanning near-field optical microscope |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-29227 | 1999-02-05 | ||
| JP2922799 | 1999-02-05 | ||
| JP2000005934A JP3756368B2 (ja) | 1999-02-05 | 2000-01-07 | 自己発光型光プローブおよびその製造方法と走査型近接場顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292339A true JP2000292339A (ja) | 2000-10-20 |
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|---|---|---|---|
| JP2000005934A Expired - Fee Related JP3756368B2 (ja) | 1999-02-05 | 2000-01-07 | 自己発光型光プローブおよびその製造方法と走査型近接場顕微鏡 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3756368B2 (ja) |
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| US6784414B2 (en) * | 2001-08-22 | 2004-08-31 | Jasco Corporation | Probe opening fabricating apparatus, and near-field optical microscope using the same |
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| KR101466807B1 (ko) * | 2013-07-29 | 2014-11-28 | 포항공과대학교 산학협력단 | 분광 측정을 위한 튜닝포크 기반의 근접장 탐침 및 이를 이용한 근접장 현미경, 근접장 현미경을 이용한 분광 분석 방법 |
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- 2000-01-07 JP JP2000005934A patent/JP3756368B2/ja not_active Expired - Fee Related
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