JP2000346781A - 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡探針の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 探針の汚染を防ぎ、ＳＴＭ装置に改良を加え
ることなく、ＳＴＭの機能を使用して、しかも、高い分
解能を得ることができる走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法を提供する。 【解決手段】 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法にお
いて、真空チャンバー内に、タングステン探針素材１と
走査トンネル顕微鏡サンプル側基板２とを対向させ、前
記タングステン探針素材１と走査トンネル顕微鏡サンプ
ル側基板２との間隔を０．５〜２Åに調整して１０Ｖの
直流電圧を印加し、トンネル電流６を流して加熱し、前
記タングステン探針素材１の先端の原子を蒸発させ、前
記探針素材１と走査トンネル顕微鏡サンプル側基板２と
の間隔を１０〜２０Åになるまで原子の蒸発を続けて、
最後に前記タングステン探針素材１の先端に原子１個を
止め、前記印加電圧を切り、冷却する。
ることなく、ＳＴＭの機能を使用して、しかも、高い分
解能を得ることができる走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法を提供する。 【解決手段】 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法にお
いて、真空チャンバー内に、タングステン探針素材１と
走査トンネル顕微鏡サンプル側基板２とを対向させ、前
記タングステン探針素材１と走査トンネル顕微鏡サンプ
ル側基板２との間隔を０．５〜２Åに調整して１０Ｖの
直流電圧を印加し、トンネル電流６を流して加熱し、前
記タングステン探針素材１の先端の原子を蒸発させ、前
記探針素材１と走査トンネル顕微鏡サンプル側基板２と
の間隔を１０〜２０Åになるまで原子の蒸発を続けて、
最後に前記タングステン探針素材１の先端に原子１個を
止め、前記印加電圧を切り、冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査トンネル顕微
鏡探針の作製方法に関するものである。
鏡探針の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、走査トンネル顕微鏡（以下、ＳＴ
Ｍという）探針の作製方法として、例えば、以下の文献
に開示されるようなものがあった。 （１）Ｖ．Ｔ．Ｂｉｎｈ，ｅｔ．ａｌ．：“Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ａｔ
ｏｍ−Ｓｏｕｒｃｅｓ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ Ｎａｎｏｔｉｐｓ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｉ
ｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，９５，６３−１５３ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅ
ｓｓＩｎｃ．（１９９６）． （２）Ｍ．Ｔｏｍｉｔｏｒｉ，ｅｔ．ａｌ：“Ｒｅｐｒ
ｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｏｆ Ｓ
ｉ（１１１）７×７ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｂｕｉｌｄ−ｕ
ｐ Ｔｉｐ”，Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３５
５，２１−３０（１９９６）． 上記した従来技術によれば、ＳＴＭ探針の作製時に探針
素材を外部から加熱するようにしており、探針素材を電
界による蒸発で先端形状の整形は行っていない。
Ｍという）探針の作製方法として、例えば、以下の文献
に開示されるようなものがあった。 （１）Ｖ．Ｔ．Ｂｉｎｈ，ｅｔ．ａｌ．：“Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ａｔ
ｏｍ−Ｓｏｕｒｃｅｓ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ Ｎａｎｏｔｉｐｓ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｉ
ｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，９５，６３−１５３ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅ
ｓｓＩｎｃ．（１９９６）． （２）Ｍ．Ｔｏｍｉｔｏｒｉ，ｅｔ．ａｌ：“Ｒｅｐｒ
ｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｏｆ Ｓ
ｉ（１１１）７×７ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｂｕｉｌｄ−ｕ
ｐ Ｔｉｐ”，Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ３５
５，２１−３０（１９９６）． 上記した従来技術によれば、ＳＴＭ探針の作製時に探針
素材を外部から加熱するようにしており、探針素材を電
界による蒸発で先端形状の整形は行っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の技術では、ＳＴＭ探針は、電界放出顕微
鏡（Ｆｉｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｍ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ：ＦＥＭ）内で製作するために、ＳＴＭ探針と基板間
間隔が５ｃｍ、印加電圧が１０ｋＶ以上による電子の電
界放出によって作製するために、トンネル電流による加
熱が行われず、外部から探針素材を加熱する必要があ
る。
たような従来の技術では、ＳＴＭ探針は、電界放出顕微
鏡（Ｆｉｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｍ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ：ＦＥＭ）内で製作するために、ＳＴＭ探針と基板間
間隔が５ｃｍ、印加電圧が１０ｋＶ以上による電子の電
界放出によって作製するために、トンネル電流による加
熱が行われず、外部から探針素材を加熱する必要があ
る。
【０００４】また、基板との間隔が大きいために、電界
強度が２×１０5 Ｖ／ｍ程度と小さいために、電界によ
る探針素材の蒸発が生じない。本発明は、上記問題点を
除去し、探針の汚染を防ぎ、ＳＴＭ装置に改良を加える
ことなく、ＳＴＭの操作機能を使用して、高い分解能を
得ることができる走査トンネル顕微鏡探針の作製方法を
提供することを目的とする。
強度が２×１０5 Ｖ／ｍ程度と小さいために、電界によ
る探針素材の蒸発が生じない。本発明は、上記問題点を
除去し、探針の汚染を防ぎ、ＳＴＭ装置に改良を加える
ことなく、ＳＴＭの操作機能を使用して、高い分解能を
得ることができる走査トンネル顕微鏡探針の作製方法を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕走査トンネル顕微鏡探針の作製方法において、走
査トンネル顕微鏡の真空チャンバー内に、探針素材と走
査トンネル顕微鏡サンプルとを対向させ、前記探針素材
と走査トンネル顕微鏡サンプルとの間隔を第１の距離に
調整して所定の電圧を印加し、前記探針素材の先端の原
子を蒸発させると共に、トンネル電流を流して加熱し、
前記探針素材と走査トンネル顕微鏡サンプルとの間隔
が、第２の距離になるまで蒸発を行い、前記探針素材の
先端に拡散によって探針素材の原子を集め、最後に前記
探針素材の先端に１個の原子を止め、前記印加電圧を切
り、冷却するようにしたものである。
成するために、 〔１〕走査トンネル顕微鏡探針の作製方法において、走
査トンネル顕微鏡の真空チャンバー内に、探針素材と走
査トンネル顕微鏡サンプルとを対向させ、前記探針素材
と走査トンネル顕微鏡サンプルとの間隔を第１の距離に
調整して所定の電圧を印加し、前記探針素材の先端の原
子を蒸発させると共に、トンネル電流を流して加熱し、
前記探針素材と走査トンネル顕微鏡サンプルとの間隔
が、第２の距離になるまで蒸発を行い、前記探針素材の
先端に拡散によって探針素材の原子を集め、最後に前記
探針素材の先端に１個の原子を止め、前記印加電圧を切
り、冷却するようにしたものである。
【０００６】〔２〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微
鏡探針の作製方法において、前記探針素材はタングステ
ンである。 〔３〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記探針素材はＳｉである。 〔４〕上記〔３〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、Ｓｉ基板上に複数のＳｉポストを形成
し、多電極探針を得るようにしたものである。 〔５〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記第１の距離は、０．５〜２Åであ
る。
鏡探針の作製方法において、前記探針素材はタングステ
ンである。 〔３〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記探針素材はＳｉである。 〔４〕上記〔３〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、Ｓｉ基板上に複数のＳｉポストを形成
し、多電極探針を得るようにしたものである。 〔５〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記第１の距離は、０．５〜２Åであ
る。
【０００７】〔６〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微
鏡探針の作製方法において、前記所定の電圧は直流１０
〜２０Ｖである。 〔７〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記トンネル電流による加熱温度は、探
針素材の溶融温度の略１／３〜２／５の温度である。
鏡探針の作製方法において、前記所定の電圧は直流１０
〜２０Ｖである。 〔７〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法において、前記トンネル電流による加熱温度は、探
針素材の溶融温度の略１／３〜２／５の温度である。
【０００８】〔８〕上記〔１〕記載の走査トンネル顕微
鏡探針の作製方法において、前記第２の距離は１０〜２
０Åである。
鏡探針の作製方法において、前記第２の距離は１０〜２
０Åである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１
実施例について説明する。図１は本発明の第１実施例を
示すＳＴＭ探針の作製装置の模式図、図２は本発明の第
１実施例を示すＳＴＭ探針の作製工程図である。ここで
は、タングステン探針の作製例について説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１
実施例について説明する。図１は本発明の第１実施例を
示すＳＴＭ探針の作製装置の模式図、図２は本発明の第
１実施例を示すＳＴＭ探針の作製工程図である。ここで
は、タングステン探針の作製例について説明する。
【００１０】図１において、１はタングステン探針素
材、２はＳＴＭサンプル側基板、３はＳＴＭ探針ホルダ
ー、４はＳＴＭ探針制御装置、５は直流電源、６はトン
ネル電流である。以下、この実施例のＳＴＭ探針の作製
工程を図１及び図２を参照しながら説明する。
材、２はＳＴＭサンプル側基板、３はＳＴＭ探針ホルダ
ー、４はＳＴＭ探針制御装置、５は直流電源、６はトン
ネル電流である。以下、この実施例のＳＴＭ探針の作製
工程を図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１１】（１）まず、通常のエッチングで作製した
タングステン探針素材１をＳＴＭ装置の真空チャンバー
内のＳＴＭ探針ホルダー３に装着する。図２（ａ）に示
すように、このタングステン探針素材１の先端形状は直
径が３０〜５０Åであり、ＳＴＭサンプル側基板２は金
属または被測定用のサンプルを使用する。タングステン
探針素材１とＳＴＭサンプル側基板２の間隔をＳＴＭ制
御装置４を用いて、０．５〜２Åにセットして間隔の制
御を停止する。
タングステン探針素材１をＳＴＭ装置の真空チャンバー
内のＳＴＭ探針ホルダー３に装着する。図２（ａ）に示
すように、このタングステン探針素材１の先端形状は直
径が３０〜５０Åであり、ＳＴＭサンプル側基板２は金
属または被測定用のサンプルを使用する。タングステン
探針素材１とＳＴＭサンプル側基板２の間隔をＳＴＭ制
御装置４を用いて、０．５〜２Åにセットして間隔の制
御を停止する。
【００１２】（２）次に、タングステン探針素材１側を
（−）、ＳＴＭサンプル側基板２側２を（＋）になるよ
うに直流電源５に接続して、直流１０〜２０Ｖの電圧を
印加し、製作時は一定に保つ。このようにすると、タン
グステン探針素材１の先端の電界が１×１０10Ｖ／ｍ程
度と大きくなり、図２（ｂ）に示すように、タングステ
ン探針素材１の先端の原子７が蒸発するようになる。同
時に、大きなトンネル電流が流れてタングステン探針素
材１の先端がトンネル電流によって加熱され、タングス
テンの溶融温度の約１／３〜２／５である１２００℃程
度に上昇する。
（−）、ＳＴＭサンプル側基板２側２を（＋）になるよ
うに直流電源５に接続して、直流１０〜２０Ｖの電圧を
印加し、製作時は一定に保つ。このようにすると、タン
グステン探針素材１の先端の電界が１×１０10Ｖ／ｍ程
度と大きくなり、図２（ｂ）に示すように、タングステ
ン探針素材１の先端の原子７が蒸発するようになる。同
時に、大きなトンネル電流が流れてタングステン探針素
材１の先端がトンネル電流によって加熱され、タングス
テンの溶融温度の約１／３〜２／５である１２００℃程
度に上昇する。
【００１３】そこで、タングステン探針素材１とＳＴＭ
サンプル側基板２との間隔が１０〜２０Åになるまで蒸
発させる。この蒸発により、タングステン探針素材１の
先端の表面の汚染が取り除かれ、原子レベルのクリーニ
ングが行われる。 （３）次に、原子の蒸発が止まると、タングステン探針
素材１の探針表面の原子７は、電界による拡散によっ
て、＋電極（基板）側に移動してタングステン探針素材
１の先端に集まる。この原子の移動によって、タングス
テン探針素材１の先端の電界がさらに強くなり、図２
（ｃ）に示すように、タングステン原子７はピラミッド
状になる。
サンプル側基板２との間隔が１０〜２０Åになるまで蒸
発させる。この蒸発により、タングステン探針素材１の
先端の表面の汚染が取り除かれ、原子レベルのクリーニ
ングが行われる。 （３）次に、原子の蒸発が止まると、タングステン探針
素材１の探針表面の原子７は、電界による拡散によっ
て、＋電極（基板）側に移動してタングステン探針素材
１の先端に集まる。この原子の移動によって、タングス
テン探針素材１の先端の電界がさらに強くなり、図２
（ｃ）に示すように、タングステン原子７はピラミッド
状になる。
【００１４】タングステン探針素材１の最先端の原子８
が１個になると、後から移動してきた２つ目の原子９は
不安定なために蒸発し、常に最先端は１個の原子のみに
なる。 （４）次に、直流電源５からの印加電圧を切り、冷却す
ると、図２（ｄ）に示すように、先端が１個の原子８の
ＳＴＭ探針が得られる。
が１個になると、後から移動してきた２つ目の原子９は
不安定なために蒸発し、常に最先端は１個の原子のみに
なる。 （４）次に、直流電源５からの印加電圧を切り、冷却す
ると、図２（ｄ）に示すように、先端が１個の原子８の
ＳＴＭ探針が得られる。
【００１５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図３は本発明の第２実施例を示す多電極探針の作製
装置の模式図、図４及び図５は本発明の第２実施例の多
電極探針の作製方法の説明図であり、図４はその平面
図、図５はその斜視図、図６は本発明の第２実施例を示
すＳＴＭ探針の作製工程図である。
る。図３は本発明の第２実施例を示す多電極探針の作製
装置の模式図、図４及び図５は本発明の第２実施例の多
電極探針の作製方法の説明図であり、図４はその平面
図、図５はその斜視図、図６は本発明の第２実施例を示
すＳＴＭ探針の作製工程図である。
【００１６】図３において、１１はＳｉ基板、１２はＳ
ｉ基板に形成された探針用Ｓｉポスト、２０は絶縁層、
２１は通常のＳＴＭ探針（タングステン探針）、２２は
ＳＴＭ探針ホルダー、２３はＳＴＭ探針制御装置、２４
は直流電源、１６はトンネル電流である。この実施例で
は、多電極探針の素材としては、図４及び図５に示すよ
うに、Ｓｉ基板１１を用い、このＳｉ基板１１をエッチ
ングして直径が３０〜５０Åの探針用Ｓｉポスト１２を
作り、各探針用Ｓｉポスト１２を絶縁層２０で電気的に
絶縁する。
ｉ基板に形成された探針用Ｓｉポスト、２０は絶縁層、
２１は通常のＳＴＭ探針（タングステン探針）、２２は
ＳＴＭ探針ホルダー、２３はＳＴＭ探針制御装置、２４
は直流電源、１６はトンネル電流である。この実施例で
は、多電極探針の素材としては、図４及び図５に示すよ
うに、Ｓｉ基板１１を用い、このＳｉ基板１１をエッチ
ングして直径が３０〜５０Åの探針用Ｓｉポスト１２を
作り、各探針用Ｓｉポスト１２を絶縁層２０で電気的に
絶縁する。
【００１７】次に、ＳＴＭ装置の真空チャンバー内に、
各探針用Ｓｉポスト１２に対して、タングステン探針２
１を用いて、第１実施例で示した方法により、各探針用
Ｓｉポスト１２にＳｉ基板１１からなる多電極探針を作
製する。すなわち、その多電極探針の作製工程を図３〜
図６を参照しながら説明する。 （１）まず、ＳＴＭ装置の真空チャンバー内において、
図６（ａ）に示すように、上記したように作製したＳｉ
基板の探針用Ｓｉポスト１２をＳＴＭサンプル基板側
に、通常のエッチング工程で作製したタングステン探針
２１をＳＴＭ探針ホルダー２２に装着する。このタング
ステン探針２１の先端形状は、直径が３０〜５０Åであ
る。タングステン探針２１とＳｉ基板の探針用Ｓｉポス
ト１２の先端との間隔をＳＴＭ制御装置２３を用いて
０．５〜２Åにセットして間隔の制御を停止する。
各探針用Ｓｉポスト１２に対して、タングステン探針２
１を用いて、第１実施例で示した方法により、各探針用
Ｓｉポスト１２にＳｉ基板１１からなる多電極探針を作
製する。すなわち、その多電極探針の作製工程を図３〜
図６を参照しながら説明する。 （１）まず、ＳＴＭ装置の真空チャンバー内において、
図６（ａ）に示すように、上記したように作製したＳｉ
基板の探針用Ｓｉポスト１２をＳＴＭサンプル基板側
に、通常のエッチング工程で作製したタングステン探針
２１をＳＴＭ探針ホルダー２２に装着する。このタング
ステン探針２１の先端形状は、直径が３０〜５０Åであ
る。タングステン探針２１とＳｉ基板の探針用Ｓｉポス
ト１２の先端との間隔をＳＴＭ制御装置２３を用いて
０．５〜２Åにセットして間隔の制御を停止する。
【００１８】（２）次に、Ｓｉ基板の探針用Ｓｉポスト
１２側を（−）に、タングステン探針２１側を（＋）に
なるように直流電源２４に接続して直流１０〜２０Ｖの
電圧を印加し、作製時は一定に保つ。このようにする
と、探針用Ｓｉポスト１２の先端の電界が１×１０10Ｖ
／ｍ程度と大きくなり、図６（ｂ）に示すように、探針
用Ｓｉポスト１２の先端の原子１７が蒸発するようにな
る。同時に、大きなトンネル電流が流れて探針用Ｓｉポ
スト１２の先端がトンネル電流によって加熱され、Ｓｉ
の溶融温度の約１／３〜２／５である４００℃程度に上
昇する。
１２側を（−）に、タングステン探針２１側を（＋）に
なるように直流電源２４に接続して直流１０〜２０Ｖの
電圧を印加し、作製時は一定に保つ。このようにする
と、探針用Ｓｉポスト１２の先端の電界が１×１０10Ｖ
／ｍ程度と大きくなり、図６（ｂ）に示すように、探針
用Ｓｉポスト１２の先端の原子１７が蒸発するようにな
る。同時に、大きなトンネル電流が流れて探針用Ｓｉポ
スト１２の先端がトンネル電流によって加熱され、Ｓｉ
の溶融温度の約１／３〜２／５である４００℃程度に上
昇する。
【００１９】そこで、探針用Ｓｉポスト１２の先端とタ
ングステン探針２１との間隔が、１０〜２０Åになるま
で蒸発させる。この蒸発により、探針用Ｓｉポスト１２
の先端の表面の汚染が取り除かれ、原子レベルのクリー
ニングが行われる。 （３）次に、原子の蒸発が止まると、探針用Ｓｉポスト
１２の表面の原子１７は＋電極（タングステン探針）側
に拡散して探針用Ｓｉポスト１２の先端に集まる。この
拡散によって、探針用Ｓｉポスト１２の先端の電界がさ
らに強くなり、図６（ｃ）に示すように、原子１７はピ
ラミッド状になる。
ングステン探針２１との間隔が、１０〜２０Åになるま
で蒸発させる。この蒸発により、探針用Ｓｉポスト１２
の先端の表面の汚染が取り除かれ、原子レベルのクリー
ニングが行われる。 （３）次に、原子の蒸発が止まると、探針用Ｓｉポスト
１２の表面の原子１７は＋電極（タングステン探針）側
に拡散して探針用Ｓｉポスト１２の先端に集まる。この
拡散によって、探針用Ｓｉポスト１２の先端の電界がさ
らに強くなり、図６（ｃ）に示すように、原子１７はピ
ラミッド状になる。
【００２０】探針用Ｓｉポスト１２の最先端の原子１８
が１個になると、後から拡散してきた２個目の原子１９
は不安定であるために蒸発し、常に最先端は１個の原子
のみになる。 （４）次に、直流電源２４からの印加電圧を切り、冷却
すると、図２（ｄ）に示すように、先端が１個の原子１
８のＳＴＭ探針が得られる。
が１個になると、後から拡散してきた２個目の原子１９
は不安定であるために蒸発し、常に最先端は１個の原子
のみになる。 （４）次に、直流電源２４からの印加電圧を切り、冷却
すると、図２（ｄ）に示すように、先端が１個の原子１
８のＳＴＭ探針が得られる。
【００２１】（５）その後は、タングステン探針２１を
ＳＴＭ制御装置２３の動作により移動させて、順次探針
用Ｓｉポスト１２のＳＴＭ探針を作製するようにする。
また、第１及び第２実施例において、ＳＴＭ探針用素材
はタングステン、Ｓｉに限らず、また、多結晶でもよい
が、単結晶は原子配列が一義的に決まっているので、単
一原子の先端を安定的に作ることができる。
ＳＴＭ制御装置２３の動作により移動させて、順次探針
用Ｓｉポスト１２のＳＴＭ探針を作製するようにする。
また、第１及び第２実施例において、ＳＴＭ探針用素材
はタングステン、Ｓｉに限らず、また、多結晶でもよい
が、単結晶は原子配列が一義的に決まっているので、単
一原子の先端を安定的に作ることができる。
【００２２】更に、第１及び第２実施例に述べたよう
に、探針用素材はトンネル電流によって主に加熱される
が、より速やかな原子の蒸発と拡散を行わせるために
は、探針用素材をトンネル電流以外の加熱手段で補助的
に加熱することも効果的である。図７に、本発明の第１
実施例を用いて、ＳＴＭ用タングステン探針を作製し、
ＳＴＭ装置を用いて、ＳＴＭ探針先端に確かに１個の原
子が存在することを確認した実験結果を示す。図７にお
いて、横軸はＳＴＭ探針の印加電圧、縦軸はトンネル電
流より求めた微分コンダクタンスを示す。上のトレース
はＳＴＭ探針先端に１個のみ原子が存在するときの特性
で、印加電圧に対して離散的に微分コンダクタンスが大
きくなる特性を示している。これは、先端の１個の原子
にトンネル電流が流れるときに、クーロンブロッケード
効果によって、電子のトンネリングが制限されるために
生じる現象である。下のトレースは、同じ探針の先端の
１個の原子を機械的に除去したときの特性であり、先端
の多数の原子（この場合は３個）への電子のトンネリン
グのため、クーロンブロッケード効果が失われて、離散
的な特性を示していない。
に、探針用素材はトンネル電流によって主に加熱される
が、より速やかな原子の蒸発と拡散を行わせるために
は、探針用素材をトンネル電流以外の加熱手段で補助的
に加熱することも効果的である。図７に、本発明の第１
実施例を用いて、ＳＴＭ用タングステン探針を作製し、
ＳＴＭ装置を用いて、ＳＴＭ探針先端に確かに１個の原
子が存在することを確認した実験結果を示す。図７にお
いて、横軸はＳＴＭ探針の印加電圧、縦軸はトンネル電
流より求めた微分コンダクタンスを示す。上のトレース
はＳＴＭ探針先端に１個のみ原子が存在するときの特性
で、印加電圧に対して離散的に微分コンダクタンスが大
きくなる特性を示している。これは、先端の１個の原子
にトンネル電流が流れるときに、クーロンブロッケード
効果によって、電子のトンネリングが制限されるために
生じる現象である。下のトレースは、同じ探針の先端の
１個の原子を機械的に除去したときの特性であり、先端
の多数の原子（この場合は３個）への電子のトンネリン
グのため、クーロンブロッケード効果が失われて、離散
的な特性を示していない。
【００２３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００２４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （Ａ）ＳＴＭ装置の真空チャンバー内でＳＴＭ探針を作
製するようにしたので、探針の汚染を防止することがで
きる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （Ａ）ＳＴＭ装置の真空チャンバー内でＳＴＭ探針を作
製するようにしたので、探針の汚染を防止することがで
きる。
【００２５】（Ｂ）ＳＴＭ装置に改良を加ることなく、
ＳＴＭの機能を使用することにより、ＳＴＭ探針を作製
することができる。 （Ｃ）探針先端の原子を電界によって蒸発させて、探針
表面をクリーニングするために、原子が移動し易くなる
とともに、清浄な探針を作製することができる。
ＳＴＭの機能を使用することにより、ＳＴＭ探針を作製
することができる。 （Ｃ）探針先端の原子を電界によって蒸発させて、探針
表面をクリーニングするために、原子が移動し易くなる
とともに、清浄な探針を作製することができる。
【００２６】（Ｄ）探針間隔を調整して、トンネル電流
を流すことにより、低電圧の印加電圧でＳＴＭ探針を作
製することができる。 （Ｅ）ＳＴＭ探針を作製時に探針素材を外部から加熱す
ることなく、トンネル電流によって加熱して、ＳＴＭ探
針を作製することができる。 （Ｆ）ＳＴＭ探針の先端は原子１個にすることができ、
この探針を用いれば、最高の分解能を得ることができ
る。
を流すことにより、低電圧の印加電圧でＳＴＭ探針を作
製することができる。 （Ｅ）ＳＴＭ探針を作製時に探針素材を外部から加熱す
ることなく、トンネル電流によって加熱して、ＳＴＭ探
針を作製することができる。 （Ｆ）ＳＴＭ探針の先端は原子１個にすることができ、
この探針を用いれば、最高の分解能を得ることができ
る。
【００２７】（Ｇ）電気的、機械的な破壊によって先端
の形状が変化しても、ＳＴＭ真空チャンバー内で、先端
形状を繰り返し再生することができる。
の形状が変化しても、ＳＴＭ真空チャンバー内で、先端
形状を繰り返し再生することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示すＳＴＭ探針の作製装
置の模式図である。
置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すＳＴＭ探針の作製工
程図である。
程図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す多電極探針の作製装
置の模式図である。
置の模式図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す多電極探針の作製方
法の探針素材の平面図である。
法の探針素材の平面図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す多電極探針の作製方
法の探針素材の斜視図である。
法の探針素材の斜視図である。
【図６】本発明の第２実施例を示すＳＴＭ探針の作製工
程図である。
程図である。
【図７】本発明の第１実施例を用いて作製したＳＴＭ探
針の特性を示す実験結果である。
針の特性を示す実験結果である。
１ タングステン探針素材 ２ ＳＴＭサンプル側基板 ３，２２ ＳＴＭ探針ホルダー ４，２３ ＳＴＭ探針制御装置 ５，２４ 直流電源 ６，１６ トンネル電流 ７，１７ 探針素材の原子 ８，１８ 探針素材先端の原子 ９，１９ 拡散によって移動する原子 １１ 探針用Ｓｉ基板 １２ 探針用Ｓｉポスト ２０ 電気的絶縁層 ２１ タングステン探針
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 喜久 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 スタ ンフォード ライアンコート ８ (72)発明者 山口 文子 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 パロ アルト エベレット アベニュー 359 (72)発明者 町田 進 東京都武蔵野市緑町２−４−39 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 CA31 DA01 DA05 EA16 EB05 EB23 EB27 FA07
Claims (8)
- 【請求項１】 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法にお
いて、（ａ）走査トンネル顕微鏡の真空チャンバー内
に、探針素材と走査トンネル顕微鏡サンプルとを対向さ
せ、（ｂ）前記探針素材と走査トンネル顕微鏡サンプル
との間隔を第１の距離に調整して所定の電圧を印加し、
（ｃ）前記探針素材の先端の原子を蒸発させると共に、
トンネル電流を流して加熱し、（ｄ）前記探針素材と走
査トンネル顕微鏡サンプルとの間隔が、第２の距離にな
るまで蒸発を行い、（ｅ）前記探針素材の先端に拡散に
よって探針素材の原子を集め、最後に前記探針素材の先
端に１個の原子を止め、（ｆ）前記印加電圧を切り、冷
却することを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記探針素材はタングステンであ
ることを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製方
法。 - 【請求項３】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記探針素材はＳｉであることを
特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、Ｓｉ基板上に複数のＳｉポストを
形成し、多電極探針を得ることを特徴とする走査トンネ
ル顕微鏡探針の作製方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記第１の距離は、０．５〜２Å
であることを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製
方法。 - 【請求項６】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記所定の電圧は直流１０〜２０
Ｖであることを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作
製方法。 - 【請求項７】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記トンネル電流による加熱温度
は、探針素材の溶融温度の略１／３〜２／５の温度であ
ることを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製方
法。 - 【請求項８】 請求項１記載の走査トンネル顕微鏡探針
の作製方法において、前記第２の距離は１０〜２０Åで
あることを特徴とする走査トンネル顕微鏡探針の作製方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33889497A JP3354463B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法 |
| EP98957221A EP0990910A4 (en) | 1997-12-09 | 1998-12-08 | PROCESS FOR PRODUCING PROBE FOR TUNNEL EFFECT SCANNING MICROSCOPE AND PROBE |
| PCT/JP1998/005543 WO1999030171A1 (en) | 1997-12-09 | 1998-12-08 | Method of producing probe of tunnel scanning microscope and the probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33889497A JP3354463B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000346781A true JP2000346781A (ja) | 2000-12-15 |
| JP3354463B2 JP3354463B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=18322362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33889497A Expired - Fee Related JP3354463B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0990910A4 (ja) |
| JP (1) | JP3354463B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999030171A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007077842A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Japan Science And Technology Agency | ナノプローブおよびその製造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19957824C2 (de) * | 1999-11-19 | 2002-04-18 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Verfahren zur Herstellung von feinsten Spitzen im Subnanometerbereich |
| US7279686B2 (en) * | 2003-07-08 | 2007-10-09 | Biomed Solutions, Llc | Integrated sub-nanometer-scale electron beam systems |
| US7507320B2 (en) | 2004-10-09 | 2009-03-24 | Academia Sinica | Single-atom tip and preparation method thereof |
| CN104880579B (zh) * | 2015-06-02 | 2019-02-12 | 苏州明志金科仪器有限公司 | 超高真空自旋极化扫描隧道显微镜探针的制备方法和装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63265101A (ja) * | 1987-04-23 | 1988-11-01 | Jeol Ltd | 走査トンネル顕微鏡 |
| JPH0640001B2 (ja) * | 1987-04-23 | 1994-05-25 | 日本電子株式会社 | 走査トンネル顕微鏡 |
| US5204581A (en) * | 1990-07-12 | 1993-04-20 | Bell Communications Research, Inc. | Device including a tapered microminiature silicon structure |
| JP3417721B2 (ja) * | 1995-04-04 | 2003-06-16 | 三菱電機株式会社 | 走査プローブ顕微鏡の使用方法 |
-
1997
- 1997-12-09 JP JP33889497A patent/JP3354463B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-12-08 EP EP98957221A patent/EP0990910A4/en not_active Withdrawn
- 1998-12-08 WO PCT/JP1998/005543 patent/WO1999030171A1/ja not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007077842A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Japan Science And Technology Agency | ナノプローブおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3354463B2 (ja) | 2002-12-09 |
| WO1999030171A1 (en) | 1999-06-17 |
| EP0990910A4 (en) | 2002-09-18 |
| EP0990910A1 (en) | 2000-04-05 |
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