JP2001264230A - 原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針 - Google Patents
原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 量産性が低い、先端が原子オーダーの微細な
探針作製の困難性、塑性変形しやすい、先端の汚染の清
浄化不可能、STMやSP−STMにおける高電圧の印加、およ
び、SP−STMにおけるスピン偏極電子の取り出し効率が
低いという点を解決した探針を提供する。 【解決手段】 探針の材料およびその結晶性が閃亜鉛鉱
型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ
＋Ｙ≦１）結晶を少なくとも一部含む構造とした。
探針作製の困難性、塑性変形しやすい、先端の汚染の清
浄化不可能、STMやSP−STMにおける高電圧の印加、およ
び、SP−STMにおけるスピン偏極電子の取り出し効率が
低いという点を解決した探針を提供する。 【解決手段】 探針の材料およびその結晶性が閃亜鉛鉱
型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ
＋Ｙ≦１）結晶を少なくとも一部含む構造とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、原子間力顕微
鏡、トンネル顕微鏡などに用いると好適な探針に関する
ものである。
鏡、トンネル顕微鏡などに用いると好適な探針に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、原子間力顕微鏡（AMF）および査
定型トンネル顕微鏡用（STM）のカンチレバーの先端に
は、Ｓｉ，W，Ｐｔ，Ｐｔ−Ｉｒ合金等の材料が用いら
れてきた。原子間力顕微鏡では、絶縁物である窒化シリ
コンや、酸化シリコンが使われる場合もある。探針の作
製に当たっては、これらの材料を棒状に切り出し、その
棒状の中間部を電解液中に浸漬し、電解エッチングす
る。ときには、その後、本部品を、イオンミリングを行
い、その先端の微細化を図っていた。
定型トンネル顕微鏡用（STM）のカンチレバーの先端に
は、Ｓｉ，W，Ｐｔ，Ｐｔ−Ｉｒ合金等の材料が用いら
れてきた。原子間力顕微鏡では、絶縁物である窒化シリ
コンや、酸化シリコンが使われる場合もある。探針の作
製に当たっては、これらの材料を棒状に切り出し、その
棒状の中間部を電解液中に浸漬し、電解エッチングす
る。ときには、その後、本部品を、イオンミリングを行
い、その先端の微細化を図っていた。
【０００３】上記各材料のうち、W，Ｐｔ，Ｐｔ−Ｉｒ
については、そのワイヤを上記の技術で加工していた。
しかし、これらの材料のものはイオンミリングを行って
も、先端部を原子オーダーの寸法の形状にすることはで
きない。この技術では、大量生産が困難であり、探針の
価格が高かった。
については、そのワイヤを上記の技術で加工していた。
しかし、これらの材料のものはイオンミリングを行って
も、先端部を原子オーダーの寸法の形状にすることはで
きない。この技術では、大量生産が困難であり、探針の
価格が高かった。
【０００４】また、Ｓｉについては、水酸化カリウム溶
液などでのエッチング速度に面内依存性があることを利
用して、異方性エッチングを行っていた。この方法で
は、大量生産が可能である。しかし、先端部を原子オー
ダーの寸法の形状にすることはできない。また、この探
針は、軸方向の断面が円ではないため、原子間力顕微鏡
やトンネル顕微鏡での観察像に、探針の形状の効果が入
ってしまう不具合があった。また、このようにして形成
したＳｉ探針の軸方向の長さと基部の幅とのアスペクト
比は小さい。そのため、微細な凹凸を有する試料の測定
時には、探針を試料の深部に充分近づけることができな
かった。
液などでのエッチング速度に面内依存性があることを利
用して、異方性エッチングを行っていた。この方法で
は、大量生産が可能である。しかし、先端部を原子オー
ダーの寸法の形状にすることはできない。また、この探
針は、軸方向の断面が円ではないため、原子間力顕微鏡
やトンネル顕微鏡での観察像に、探針の形状の効果が入
ってしまう不具合があった。また、このようにして形成
したＳｉ探針の軸方向の長さと基部の幅とのアスペクト
比は小さい。そのため、微細な凹凸を有する試料の測定
時には、探針を試料の深部に充分近づけることができな
かった。
【０００５】また、上述した材料で作製した探針を、試
料に接触させるとその探針の先端が塑性変形したり、汚
染されたりする。塑性変形の理由は、材料が柔らかいた
めである。また、一度、汚染された探針を清浄化するこ
とはできない。
料に接触させるとその探針の先端が塑性変形したり、汚
染されたりする。塑性変形の理由は、材料が柔らかいた
めである。また、一度、汚染された探針を清浄化するこ
とはできない。
【０００６】すなわち、装置から一度取り外してクリー
ニングする必要がある。さらに、熱クリーニングを用い
ると、先端の形状が鈍ってしまった。一般に、熱クリー
ニング以外では、探針の先端をクリーニングすることは
できない。そのため、通常、汚染された探針は、使い捨
てであった。
ニングする必要がある。さらに、熱クリーニングを用い
ると、先端の形状が鈍ってしまった。一般に、熱クリー
ニング以外では、探針の先端をクリーニングすることは
できない。そのため、通常、汚染された探針は、使い捨
てであった。
【０００７】このことは、特に、原子間力顕微鏡におい
て大きな欠点である。なぜなら、原子間力顕微鏡では、
コンタクトモード、すなわち、探針と試料とを接触させ
て測定するモードでの測定が行われるからである。
て大きな欠点である。なぜなら、原子間力顕微鏡では、
コンタクトモード、すなわち、探針と試料とを接触させ
て測定するモードでの測定が行われるからである。
【０００８】また、走査型トンネル顕微鏡（STM）にお
いては、解像度の高い像を得るためには、探針からの電
子の取り出し効率が高い方が望まれる。そのためには、
探針先端を構成する材料の仕事関数が小さいことが必須
である。そのため、従来、探針として金属が用いられて
いた。
いては、解像度の高い像を得るためには、探針からの電
子の取り出し効率が高い方が望まれる。そのためには、
探針先端を構成する材料の仕事関数が小さいことが必須
である。そのため、従来、探針として金属が用いられて
いた。
【０００９】しかしながら、金属を探針に用いると、前
述したような塑性変形を生じたり、汚染された先端のク
リーニングができないという問題があった。
述したような塑性変形を生じたり、汚染された先端のク
リーニングができないという問題があった。
【００１０】また、探針としてＧａＡｓなどの従来から
ある半導体を用いた場合には、その仕事関数が大きいた
め、試料と探針との間に大きな引き出し電圧をかける必
要があった。そのため、探針の先端以外と試料間でトン
ネル電流が流れることがあり、正しい像が得られなかっ
た。そこで、引き出し電圧を下げるためには、試料と探
針との間の距離を近づける必要があった。ところが、微
細な表面構造を有する試料では、探針を近づけることが
できない。そのため、像がぼけてしまった。
ある半導体を用いた場合には、その仕事関数が大きいた
め、試料と探針との間に大きな引き出し電圧をかける必
要があった。そのため、探針の先端以外と試料間でトン
ネル電流が流れることがあり、正しい像が得られなかっ
た。そこで、引き出し電圧を下げるためには、試料と探
針との間の距離を近づける必要があった。ところが、微
細な表面構造を有する試料では、探針を近づけることが
できない。そのため、像がぼけてしまった。
【００１１】また、電子スピンと試料との相互作用を用
いたスピン偏極トンネル顕微鏡（SP−STM）において
は、スピン偏極した電子を探針から取り出すことが必要
である。スピン偏極した電子を探針から取り出すために
は、金属からなる探針を用いることができない。金属か
ら放出される電子は、通常、ランダムなスピンを持つか
らである。
いたスピン偏極トンネル顕微鏡（SP−STM）において
は、スピン偏極した電子を探針から取り出すことが必要
である。スピン偏極した電子を探針から取り出すために
は、金属からなる探針を用いることができない。金属か
ら放出される電子は、通常、ランダムなスピンを持つか
らである。
【００１２】そこで、探針材料を半導体とし、円偏光の
光ビームを探針に当て、スピン偏極した電子を取り出す
試みがある。そこでは、探針材料としてＧａＡｓを用い
ている。この場合、ＧａＡｓの仕事関数が大きいこと
が、スピン偏極した電子の取り出し効率を低下させてい
た。
光ビームを探針に当て、スピン偏極した電子を取り出す
試みがある。そこでは、探針材料としてＧａＡｓを用い
ている。この場合、ＧａＡｓの仕事関数が大きいこと
が、スピン偏極した電子の取り出し効率を低下させてい
た。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のことに
鑑み提案されたもので、その目的とするところは、量産
性が低い、先端が原子オーダーの微細な探針作製の困難
性、塑性変形しやすい、先端の汚染の清浄化不可能、ST
MやSP−STMにおける高電圧の印加、および、SP−STMに
おけるスピン偏極電子の取り出し効率が低いという点を
解決し、高解像度の像が得られ、かつ探針先端の清浄化
が可能な原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針
を提供することにある。
鑑み提案されたもので、その目的とするところは、量産
性が低い、先端が原子オーダーの微細な探針作製の困難
性、塑性変形しやすい、先端の汚染の清浄化不可能、ST
MやSP−STMにおける高電圧の印加、および、SP−STMに
おけるスピン偏極電子の取り出し効率が低いという点を
解決し、高解像度の像が得られ、かつ探針先端の清浄化
が可能な原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針
を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明は閃亜鉛鉱型Ｉ
ｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ
≦１）結晶を少なくとも一部含む構造とし、上記目的を
達成している。
ｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ
≦１）結晶を少なくとも一部含む構造とし、上記目的を
達成している。
【００１５】また、閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡ
ｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は基板に積
層されて積層構造体をなし、該積層構造体の一先端が該
閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦
Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を含む尖塔部を有している。
ｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は基板に積
層されて積層構造体をなし、該積層構造体の一先端が該
閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦
Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を含む尖塔部を有している。
【００１６】また、該尖塔部は、該積層構造体の劈開面
を構成面に有している。
を構成面に有している。
【００１７】さらに、閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸ
ＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は多結晶
であることを特徴としている。
ＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は多結晶
であることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明では、探針の材料およびそ
の結晶性が上記した従来の技術とは異なる。すなわち、
本発明の探針は、Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し
０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を少なくとも一部含む構
造からなっている。この材料を大面積基板上に結晶成長
し、その後、基板から切り出すことによって探針を作製
できるため、探針を量産できる。また、基板結晶として
ＧａＡｓやＳｉ等のハンドリングのしやすい材料上に閃
亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、
Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を成長できるため、成長後基板か
ら切り出して探針を製作することが容易となる。また、
このＩｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、
Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は大きな硬度を有する。そのため、試
料との接触時においても、その先端が塑性変形すること
はない。また、Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０
≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は高融点材料でもある。そ
のため、例え探針の先端が汚染されても、先端の形状を
保ちながら熱クリーニングすることができる。また、こ
の材料の仕事関数が小さいため、試料と探針間の電圧が
小さくても、探針から電子を引き出すことができる。ま
た、この閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但
し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶のスピン状態は、分子
軌道法による理論計算から、自然偏極していることを見
出している。従って、円偏光を本材料に照射することに
より、本材料から効率良くスピン偏極した電子を、取り
出すことができる。
の結晶性が上記した従来の技術とは異なる。すなわち、
本発明の探針は、Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し
０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を少なくとも一部含む構
造からなっている。この材料を大面積基板上に結晶成長
し、その後、基板から切り出すことによって探針を作製
できるため、探針を量産できる。また、基板結晶として
ＧａＡｓやＳｉ等のハンドリングのしやすい材料上に閃
亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、
Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を成長できるため、成長後基板か
ら切り出して探針を製作することが容易となる。また、
このＩｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、
Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は大きな硬度を有する。そのため、試
料との接触時においても、その先端が塑性変形すること
はない。また、Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０
≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶は高融点材料でもある。そ
のため、例え探針の先端が汚染されても、先端の形状を
保ちながら熱クリーニングすることができる。また、こ
の材料の仕事関数が小さいため、試料と探針間の電圧が
小さくても、探針から電子を引き出すことができる。ま
た、この閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但
し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶のスピン状態は、分子
軌道法による理論計算から、自然偏極していることを見
出している。従って、円偏光を本材料に照射することに
より、本材料から効率良くスピン偏極した電子を、取り
出すことができる。
【００１９】以下、図を参照しつつ本発明の各実施例に
ついて説明する。なお、実施例は一つの例示であって、
本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは
改良を行い得ることは言うまでもない。
ついて説明する。なお、実施例は一つの例示であって、
本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは
改良を行い得ることは言うまでもない。
【００２０】
【実施例１】図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１実施例
を説明する図であって、本発明の探針チップの結晶成長
の工程を示す断面図である。本実施例では、スピン偏極
走査型トンネル顕微鏡用探針（SP−STM）について述べ
る。
を説明する図であって、本発明の探針チップの結晶成長
の工程を示す断面図である。本実施例では、スピン偏極
走査型トンネル顕微鏡用探針（SP−STM）について述べ
る。
【００２１】単結晶の基板１として厚さ３３０μｍの
（００１）面を有するｎ型ＧａＡｓを用いた。このｎ型
ＧａＡｓ基板１上に結晶成長させるとき、基板１の保護
と平坦な成長を実現するために、低温でＧａＮバッファ
層２を基板１の表面に形成した。このバッファ層２は、
微結晶粒を含む非晶質である。成長後、昇温し、固相成
長を行い、バッファ層２の単結晶化を図った。
（００１）面を有するｎ型ＧａＡｓを用いた。このｎ型
ＧａＡｓ基板１上に結晶成長させるとき、基板１の保護
と平坦な成長を実現するために、低温でＧａＮバッファ
層２を基板１の表面に形成した。このバッファ層２は、
微結晶粒を含む非晶質である。成長後、昇温し、固相成
長を行い、バッファ層２の単結晶化を図った。
【００２２】次に、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ
層３、アンドープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４、アンドープ
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層５を順次エピタキシャル成長して
積層し、図１（ａ）に示す構造を作製した。ここで、Ｙ
＞Ｘ≠０である。
層３、アンドープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４、アンドープ
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層５を順次エピタキシャル成長して
積層し、図１（ａ）に示す構造を作製した。ここで、Ｙ
＞Ｘ≠０である。
【００２３】次に、図１（ｂ）に示すエピタキシャル成
長させた部分の領域６を反応性イオンエッチング装置を
用いてエッチングし、除去し、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧ
ａ１ −ＸＮ層３の一部を露出させた。
長させた部分の領域６を反応性イオンエッチング装置を
用いてエッチングし、除去し、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧ
ａ１ −ＸＮ層３の一部を露出させた。
【００２４】この領域６の部分に選択成長膜として、Ｓ
ｉＯ２を形成し、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層７をエピタキ
シャル成長し、図１（ｃ）に示す積層構造体を作製し
た。
ｉＯ２を形成し、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層７をエピタキ
シャル成長し、図１（ｃ）に示す積層構造体を作製し
た。
【００２５】次にＧａＡｓ基板１の裏面（結晶成長され
ていない面）にｎ型ＧａＡｓ用金属電極８を形成した。
この後、ウェハから探針を劈開によって切り出した。こ
の結果出来上がる探針チップの構造の裏面側から見た平
面図を図１（ｄ）に示す。また、その断面図を図１
（ｅ）に示す。劈開で探針の切り出しを行っているた
め、探針チップの一先端の端部９を尖塔部とし、鋭利な
形状とすることができる。なお、図１（ｅ）において符
号１０は光入射部の領域を示す。
ていない面）にｎ型ＧａＡｓ用金属電極８を形成した。
この後、ウェハから探針を劈開によって切り出した。こ
の結果出来上がる探針チップの構造の裏面側から見た平
面図を図１（ｄ）に示す。また、その断面図を図１
（ｅ）に示す。劈開で探針の切り出しを行っているた
め、探針チップの一先端の端部９を尖塔部とし、鋭利な
形状とすることができる。なお、図１（ｅ）において符
号１０は光入射部の領域を示す。
【００２６】以上の工程で、探針チップは完成する。こ
の探針チップをＳＰ−ＳＴＭの感知レバーに組み込む。
このとき、探針チップの端部９が、試料に最も近くなる
ように配置する。
の探針チップをＳＰ−ＳＴＭの感知レバーに組み込む。
このとき、探針チップの端部９が、試料に最も近くなる
ように配置する。
【００２７】領域１０に波長３２５ｎｍの光を入射させ
ると、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１ −ＸＮ層３，アンド
ープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４およびアンドープＡｌＸＧ
ａ１ −ＸＮ層５によってスラブ導波路が形成されている
ため、光は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層７まで導波され
る。このとき、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層
３，アンドープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４およびアンドー
プＡｌＸＧａ１−ＸＮ層５のハンドギャップエネルギを
入射する光のエネルギより大きくしておく必要がある。
また、各層の厚さも、入射した光が導波する厚さにして
おく必要がある。特にＳｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−Ｘ
Ｎ層３については、光が基板に漏れない厚さにしなけれ
ばならない。基板１に光が漏れて、基板１に吸収される
ことを防ぐためである。
ると、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１ −ＸＮ層３，アンド
ープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４およびアンドープＡｌＸＧ
ａ１ −ＸＮ層５によってスラブ導波路が形成されている
ため、光は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層７まで導波され
る。このとき、Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層
３，アンドープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４およびアンドー
プＡｌＸＧａ１−ＸＮ層５のハンドギャップエネルギを
入射する光のエネルギより大きくしておく必要がある。
また、各層の厚さも、入射した光が導波する厚さにして
おく必要がある。特にＳｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−Ｘ
Ｎ層３については、光が基板に漏れない厚さにしなけれ
ばならない。基板１に光が漏れて、基板１に吸収される
ことを防ぐためである。
【００２８】導波されてきた光は、Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層７で吸収され、電子が励起される。この電子のスピ
ンは、入射した光の偏波に依存して、アップかダウンの
どちらか一方が選択される。
Ｎ層７で吸収され、電子が励起される。この電子のスピ
ンは、入射した光の偏波に依存して、アップかダウンの
どちらか一方が選択される。
【００２９】探針チップの電極８を負の電位に、観察さ
れる試料側を正の電位とすれば、スピン偏極した電子が
探針チップから放出され、試料に到達することになる。
閃亜鉛鉱型ＧａＮは元々自発偏極しているので、その偏
極率は非常に高い。その結果が得られた像が、ＳＰ−Ｓ
ＴＭ像となる。
れる試料側を正の電位とすれば、スピン偏極した電子が
探針チップから放出され、試料に到達することになる。
閃亜鉛鉱型ＧａＮは元々自発偏極しているので、その偏
極率は非常に高い。その結果が得られた像が、ＳＰ−Ｓ
ＴＭ像となる。
【００３０】
【実施例２】本実施例では、上述の実施例１より簡単な
構造の探針チップの例を示す。図２（ａ）は探針チップ
の構造の平面図、（ｂ）は断面図を示す。
構造の探針チップの例を示す。図２（ａ）は探針チップ
の構造の平面図、（ｂ）は断面図を示す。
【００３１】この実施例においては、単結晶の基板１１
として厚さ３３０μｍの（００１）面を有するｎ型Ｇａ
Ａｓを用いた。ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に成長すると
き、基板１１の保護と平坦な成長を実現するために、低
温でＧａＮバッファ層１２を基板１１の表面に形成し
た。このバッファ層１２は、微結晶粒を含む非晶質であ
る。成長後、昇温し、固相成長を行い、バッファ層１２
の単結晶化を図った。
として厚さ３３０μｍの（００１）面を有するｎ型Ｇａ
Ａｓを用いた。ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に成長すると
き、基板１１の保護と平坦な成長を実現するために、低
温でＧａＮバッファ層１２を基板１１の表面に形成し
た。このバッファ層１２は、微結晶粒を含む非晶質であ
る。成長後、昇温し、固相成長を行い、バッファ層１２
の単結晶化を図った。
【００３２】次に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１３をエピ
タキシャル成長した。
タキシャル成長した。
【００３３】次に、ＧａＡｓ基板１１全面に金属電極１
４を形成した。フォトリソグラフィ技術を用いて、図２
の右側に示すように、形成した金属電極１４の一部を剥
離した。
４を形成した。フォトリソグラフィ技術を用いて、図２
の右側に示すように、形成した金属電極１４の一部を剥
離した。
【００３４】図２（ａ），（ｂ）に示す領域１５のＧａ
Ａｓ基板を反応性イオンエッチング装置を用いて、エッ
チングして除去した。この後、ウェハから探針を劈開に
よって切り出す。
Ａｓ基板を反応性イオンエッチング装置を用いて、エッ
チングして除去した。この後、ウェハから探針を劈開に
よって切り出す。
【００３５】以上の工程で、探針チップは完成する。こ
の探針チップをＳＰ−ＳＴＭの感知レバーに組み込む。
このとき、探針チップの尖塔形状の端部１６が、試料に
最も近くなるように配置する。
の探針チップをＳＰ−ＳＴＭの感知レバーに組み込む。
このとき、探針チップの尖塔形状の端部１６が、試料に
最も近くなるように配置する。
【００３６】領域１５に波長３２５ｎｍの光を入射させ
ると、光はＳｉドープｎ型ＧａＮ層１３で吸収され、電
子が励起される。この電子のスピンは、入射した光の偏
波に依存して、アップかダウンのどちらか一方が選択さ
れる。
ると、光はＳｉドープｎ型ＧａＮ層１３で吸収され、電
子が励起される。この電子のスピンは、入射した光の偏
波に依存して、アップかダウンのどちらか一方が選択さ
れる。
【００３７】探針チップの電極１４を負の電位に、観察
される試料側を正の電位とすれば、スピン偏極した電子
が探針チップから放出され、試料に到達することにな
る。閃亜鉛鉱型ＧａＮは元々自発偏極しているので、そ
の偏極率は非常に高い。その結果得られた像が、ＰＳ−
ＳＴＭ像となる。
される試料側を正の電位とすれば、スピン偏極した電子
が探針チップから放出され、試料に到達することにな
る。閃亜鉛鉱型ＧａＮは元々自発偏極しているので、そ
の偏極率は非常に高い。その結果得られた像が、ＰＳ−
ＳＴＭ像となる。
【００３８】
【実施例３】本実施例では、ＡＦＭ用探針について述べ
る。図３（ａ）は探針チップの構造の平面図、（ｂ）は
断面図を示す。
る。図３（ａ）は探針チップの構造の平面図、（ｂ）は
断面図を示す。
【００３９】この実施例においても、実施例２と同様
に、単結晶のＧａＡｓ基板１７上にＧａＮバッファ層１
８の低温成長とアニール、その上にＧａＮ層１９をエピ
タキシャル成長した。この後、ウェハから探針を劈開に
よって切り出す。
に、単結晶のＧａＡｓ基板１７上にＧａＮバッファ層１
８の低温成長とアニール、その上にＧａＮ層１９をエピ
タキシャル成長した。この後、ウェハから探針を劈開に
よって切り出す。
【００４０】以上の工程で、探針チップは完成する。こ
の探針チップをＡＦＭの感知レバーに組み込む。このと
き、探針チップの端部２０が、試料に最も近くなるよう
に配置する。
の探針チップをＡＦＭの感知レバーに組み込む。このと
き、探針チップの端部２０が、試料に最も近くなるよう
に配置する。
【００４１】以上述べた実施例１〜３において、探針端
部の材料をＧａＮとしたが、本発明の概念を覆さない範
囲で、ＩｎＸ１ＧａＸ２Ａｌ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（０≦Ｘ
１、Ｘ２、Ｘ１＋Ｘ２≦１）の中での他の組成でも良
い。このことは、導波路構造における各層の組成につい
ても同様である。
部の材料をＧａＮとしたが、本発明の概念を覆さない範
囲で、ＩｎＸ１ＧａＸ２Ａｌ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（０≦Ｘ
１、Ｘ２、Ｘ１＋Ｘ２≦１）の中での他の組成でも良
い。このことは、導波路構造における各層の組成につい
ても同様である。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の探針を用
いて、原子間力顕微鏡（AFM）、トンネル顕微鏡（STM）
やスピン偏極トンネル顕微鏡（SP−STM）に用いると、
高解像度の像を容易に得ることができる。また、例え探
針の先端が汚染されても、清浄化が可能である。以上の
利点から、上記顕微鏡の特性を飛躍的に向上でき、か
つ、ランニング・コストを従来より低くできることか
ら、上記顕微鏡の用途がさらに広まり、学問的にも、産
業上も大きな効果をもたらす。
いて、原子間力顕微鏡（AFM）、トンネル顕微鏡（STM）
やスピン偏極トンネル顕微鏡（SP−STM）に用いると、
高解像度の像を容易に得ることができる。また、例え探
針の先端が汚染されても、清浄化が可能である。以上の
利点から、上記顕微鏡の特性を飛躍的に向上でき、か
つ、ランニング・コストを従来より低くできることか
ら、上記顕微鏡の用途がさらに広まり、学問的にも、産
業上も大きな効果をもたらす。
【図１】 本発明の第１実施例であって、（ａ）〜
（ｅ）はこの第１実施例の探針チップ構造を作製する工
程の説明図を示す。
（ｅ）はこの第１実施例の探針チップ構造を作製する工
程の説明図を示す。
【図２】 本発明の第２実施例であって、（ａ）はこの
第２実施例の探針チップの平面図、（ｂ）は断面説明図
を示す。
第２実施例の探針チップの平面図、（ｂ）は断面説明図
を示す。
【図３】 本発明の第３実施例であって、（ａ）はこの
第３実施例の探針チップの平面図、（ｂ）は断面説明図
を示す。
第３実施例の探針チップの平面図、（ｂ）は断面説明図
を示す。
１ ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３ Ｓｉドープｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層 ４ アンドープＡｌＹＧａ１−ＹＮ層 ５ アンドープＡｌＸＧａ１−ＸＮ層 ６ エッチング除去領域 ７ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層 ８ ｎ型ＧａＡｓ用金属電極 ９ 探針チップの端部 １０ 光入射部 １１ ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板 １２ ＧａＮバッファ層 １３ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層 １４ ｎ型ＧａＡｓ用金属電極 １５ エッチング除去領域 １６ 探針チップの端部 １７ ＧａＡｓ単結晶基板 １８ ＧａＮバッファ層 １９ ＧａＮ層 ２０ 探針チップの端部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Claims (4)
- 【請求項１】 閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹ
Ｎ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を少なくとも一
部含むことを特徴とする原子間力顕微鏡、トンネル顕微
鏡に用いる探針。 - 【請求項２】 請求項１記載の探針において、閃亜鉛鉱
型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ
＋Ｙ≦１）結晶は基板に積層されて積層構造体をなし、
該積層構造体の一先端が該閃亜鉛鉱型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧ
ａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）結晶を含
む尖塔部を有していることを特徴とする原子間力顕微
鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針。 - 【請求項３】 請求項１記載の探針において、尖塔部
は、該積層構造体の劈開面を構成面に有することを特徴
とする原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針。 - 【請求項４】 請求項１記載の探針において、閃亜鉛鉱
型Ｉｎ１−Ｘ−ＹＧａＸＡｌＹＮ（但し０≦Ｘ、Ｙ、Ｘ
＋Ｙ≦１）結晶は多結晶であることを特徴とする原子間
力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000077947A JP2001264230A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000077947A JP2001264230A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264230A true JP2001264230A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18595425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000077947A Pending JP2001264230A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 原子間力顕微鏡、トンネル顕微鏡に用いる探針 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001264230A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6750450B2 (en) | 2001-03-05 | 2004-06-15 | Hokkaido University | Scanning magnetism detector and probe |
| US7581438B2 (en) | 2004-11-02 | 2009-09-01 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring probe and microscope utilizing the same |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000077947A patent/JP2001264230A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6750450B2 (en) | 2001-03-05 | 2004-06-15 | Hokkaido University | Scanning magnetism detector and probe |
| US7581438B2 (en) | 2004-11-02 | 2009-09-01 | Mitutoyo Corporation | Surface texture measuring probe and microscope utilizing the same |
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