JP2009115550A - Scanning probe microscope - Google Patents

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Seigo Tsuji
辻成悟
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Jeol Ltd
日本電子株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning probe microscope for measuring the strength of a force as an object to be measured, in addition to ω0 and Q0, in a sate where a cantilever is vibrated at all times and continuously with a fixed amplitude.
SOLUTION: In the scanning probe microscope, a probe scans a sample in a state where the probe attached to a leading end of the cantilever approaches the sample; change in the force received from the sample by the probe is detected by the excitation of the cantilever, while a force modulator modulates the force applied between the probe and the sample; and sample image in a micro region is rendered, based on its changed value, while the change is fed back to the excited amplitude of the cantilever by an automatic gain amplifier. The automatic gain amplifier is driven at an input amplification rate for vibrating the cantilever at a fixed amplitude, at all times. The excited amplitude of the cantilever is controlled so as to be fixed. The sample image in the micro region is rendered, by taking into consideration the index as a change in the exciting force which is received from the sample by the cantilever, which is obtained from the change in the input amplification rate that controls the amplification rate of the automatic gain amplifier.
COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、探針または試料を走査させて微小領域の試料像を観察する走査型プローブ顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope by scanning the probe or sample for observing a sample image of the minute region.

走査型プローブ顕微鏡は、探針と試料とを接近させた状態で探針を試料に対して相対的に走査する際に、探針から試料へ局所的刺激を発生させ、その刺激に対する試料表面からの局所的応答を測定することによって試料の表面を観察する顕微鏡である。 Scanning probe microscope, when relatively scanning the probe relative to the sample in a state of being close to the probe and the sample, to generate a local irritation from the probe to the sample, from the sample surface with respect to the stimulus a microscope for observing the surface of the sample by measuring the local response.

走査型プローブ顕微鏡は、応答の違いから、2種類に分別される。 Scanning probe microscope, the difference in response, is classified into two types. 第1は、走査型トンネル顕微鏡である。 The first is a scanning tunneling microscope. これは、探針を金属製探針、刺激をトンネル電圧、それに対する応答をトンネル電流とするものである。 This probe a metal probe, stimulate tunneling voltage, is a response to it that a tunnel current. 第2は、走査型原子間力顕微鏡である。 The second is a scanning atomic force microscope. これは、探針を力検出用カンチレバー、刺激を原子間力、応答を力によるカンチレバーの変位とするものである。 This probe a force-sensing cantilever between a stimulus nuclear, it is an cantilever displacement by the force response.

本発明が適用される装置は、後者の走査型原子間力顕微鏡に限定される。 Apparatus to which the present invention is applied is limited to the latter scanning atomic force microscope. 走査型原子間力顕微鏡から派生した顕微鏡として、走査型磁気力顕微鏡(探針:探針部に磁石が付着したカンチレバー、刺激:磁気力)、走査型静電気力顕微鏡(探針:探針部が電極として働くカンチレバー、刺激:静電気力)、走査型磁気共鳴力顕微鏡(探針:探針部に磁石が付着したカンチレバー、刺激:磁気力)などが開発されている。 As derived microscope from a scanning atomic force microscope, a scanning magnetic force microscope (probe: cantilever magnet is attached to the probe portion, stimulation: magnetic force), a scanning electrostatic force microscope (probe: probe portion is cantilever acting as electrodes, stimulation: electrostatic force), scanning a magnetic resonance force microscope (probe: cantilever magnet probe portion is attached, stimulated: magnetic force) and the like have been developed. これらは全て力を応答として観察する顕微鏡と考えられ、走査型原子間力顕微鏡の範疇に属するものとする。 These are considered microscope for observing all forces in response to belong to the category of scanning atomic force microscopy.

走査型原子間力顕微鏡(Scanning Atomic Force Microscope、以下AFMと略記する)には、測定状況の違いから、接触式測定モードと、非接触式測定モードの2種類が存在する。 Scanning atomic force microscope (Scanning Atomic Force Microscope, hereinafter abbreviated as AFM), the the difference in the measurement conditions, and the contact measurement mode, 2 kinds of non-contact measurement mode is present. 接触式測定モードは、探針と試料表面の間に発生する強い斥力を刺激として、探針と試料表面を接触させながら力を観測する方法である。 Contact measurement mode, as a stimulus strong repulsive force generated between the probe and the sample surface, a method of observing the force while contacting the probe and the sample surface. それに対し、非接触式測定モードは、探針と試料表面の間に発生する弱い引力を刺激として、探針と試料を接触させずに力を観測する測定方法である。 In contrast, non-contact measurement mode, the weak attractive force generated between the probe and the sample surface as a stimulus, a measurement method to observe the force without contacting the probe and the sample.

本発明は、後者の非接触式測定モードに限定して効果を発揮するものである。 The present invention exerts the effect is limited to non-contact measurement mode latter.

AFMは、探針と試料上の原子との間に発生する微弱な原子間力を観測することによって、高い空間分解能を持つ試料表面の凹凸像を提供することができる。 AFM by observing the weak atomic force generated between the atoms on the probe and the sample, it is possible to provide a topographic image of the sample surface with high spatial resolution. AFMの特徴ならびに技術については、広く知られているところであり、例えば、解説書「走査型プローブ顕微鏡 基礎と未来予測」森田清三編著、丸善株式会社出版(2000)、および解説書“Scanning Probe Microscopy The Lab on a Tip”Ernst Meyer, Hans Josef Hug, Roaland Bennewitz Springer(2004)で概説されている。 For AFM features and technology, is a place that is widely known, for example, Reference "scanning probe microscope foundation and future prediction" Seizo Morita ed., Maruzen Co., Ltd. Publication (2000), and Reference "Scanning Probe Microscopy the Lab on a Tip "Ernst Meyer, Hans Josef Hug, are outlined in Roaland Bennewitz Springer (2004).

本発明は、AFMの中で、非接触式測定モードを用いた力検出法に限定して効果が期待されるものである。 The present invention in the AFM, the effect is limited to the force detection method using a non-contact measurement mode is expected. そこでまず、力検出法について説明する。 Therefore, first, it is described force detection method. AFMにおいて測定対象となる力は、片持ちバネであるカンチレバーを用いて検出するのが一般的であり、カンチレバー先端に付いたチップに掛かる力Fによってカンチレバーが撓む量xを、あるいは力fによって誘起されるカンチレバーの振動量Aを、精密な位置変位計で観測して、それぞれF=kx、あるいはf=kA/Q 0から評価できる。 Force to be measured in AFM is, it is common to detect using cantilever is cantilevered spring, the amount x cantilever bends by a force F applied to the chips attached to the cantilever tip, or the force f the vibration amount a of the cantilever induced observes in precise position displacement meter, it voted F = kx or f = kA / Q 0, respectively. ここでkはバネ定数であり、Q 0はカンチレバーのQ値を表わす。 Where k is the spring constant, Q 0 represents the Q value of the cantilever.

カンチレバー先端に付いたチップに作用する力は、試料表面ともしくはその近傍との相互作用に起因する原子間力、静電気力、磁気力(この場合には、チップは磁性チップであること)などが対象となる。 Force acting on the chips attached to the cantilever tip, atomic force resulting from the interaction between the sample surface and or in the vicinity thereof, an electrostatic force, magnetic force (in this case, it chips is a magnetic chip) and the target.

以下に、力検出法を用いたAFMの事例として、非特許文献1を取り上げ、説明する。 Hereinafter, a case of AFM using force detection method, took up the non-patent document 1 will be described. 非特許文献1では、力検出法を用いた磁気共鳴力顕微鏡装置について記述されている。 In Non-Patent Document 1, it has been described for a magnetic resonance force microscope apparatus using the force detection method.

図1に、構成要素を描いたブロック図を示す。 Figure 1 shows a block diagram depicting components. 磁気共鳴力顕微鏡は、試料001が載ったステージ002を走査して、各位置でカンチレバー003に掛かる磁気共鳴力のデータを収集する。 Magnetic resonance force microscope scans the stage 002 the sample 001 is resting, to collect data of a magnetic resonance force applied to the cantilever 003 at each position. そして、磁気共鳴力マップを取得し、適切な画像処理を施して、試料のスピン密度分布の情報を画像化する。 Then, to get the magnetic resonance force map, subjected to appropriate image processing to image information of the spin density distribution of the sample. 以下では、力強度を評価するための動作に焦点を当て、説明を続ける。 Hereinafter, focusing on the operation for assessing the force strength, the description will be continued.

まず、試料001に含まれるスピンと、カンチレバー003の先端に載った磁石との間で磁気力が発生する。 First, the magnetic force is generated between the spin contained in the sample 001, the magnet placed on the tip of the cantilever 003. その力は、カンチレバー003に作用する。 The force, acting on the cantilever 003. 更に、力変調用発振器006で発生させた変調信号を、ドライバー005を介して力変調装置004に供給し、広く知られた磁気共鳴原理に基づき、力変調装置004を用いて試料001に含まれる一部のスピンを操作し、磁気力を定常的に変調させる。 Further includes a modulated signal generated by the force modulation oscillator 006, via the driver 005 supplies the force modulator 004, based on the widely known magnetic resonance principle, the sample 001 using a force modulator 004 operating the part of the spin, constantly causing modulated magnetic force.

力の変調振幅をfとする。 The modulation amplitude of the force and f. 変調の周波数をカンチレバー003の機械的共振角周波数ω 0に一致させると、カンチレバー003は振幅A=fQ 0 /kで共振する。 By matching the frequency of the modulation to a mechanical resonance angular frequency omega 0 of the cantilever 003, the cantilever 003 will resonate at an amplitude A = fQ 0 / k. カンチレバー003が共振する振る舞いは、カンチレバー変位検出器007で検出される。 Behavior cantilever 003 is resonant, it is detected by the cantilever displacement detector 007. 検出された信号は、変調源である正弦波を参照信号としたロックイン増幅器008で検波され、カンチレバー003の振幅値Aが取得される。 The detected signal is detected by a lock-in amplifier 008 which is a reference signal a sine wave is the modulation source, the amplitude value A of the cantilever 003 is obtained.

非特許文献1では、更に現実的な問題として、カンチレバー003の共振周波数ω 0が測定中に変化することを取り上げ、その変化に力変調用発振器006の発振周波数を常に一致する工程を加味している。 In Non-Patent Document 1, as a more realistic problem, in consideration of the process of the resonance frequency omega 0 of the cantilever 003 is taken to change during the measurement, always match the oscillation frequency of the force modulation oscillator 006 to the change there.

結局、力強度を評価するために、図2のような工程を実施している。 After all, in order to evaluate the force intensity, and carrying out step as shown in FIG. 2.

A01:ステージ002を移動する。 A01: to move the stage 002.

A02:カンチレバー003の共振周波数を求めるために、カンチレバー励振器009とカンチレバー励振用ドライバー010を用いてカンチレバー003を加振する。 A02: To determine the resonance frequency of the cantilever 003, to vibrate the cantilever 003 with a cantilever exciter 009 and the cantilever excitation driver 010.

A03:カンチレバー変位検出器007で検出されたカンチレバー003の振動の振る舞いから、正弦波発振器用周波数調整器011で周波数を計測する。 A03: from behavior of the vibration of the cantilever displacement detector 007 cantilever 003 is detected by, measuring the frequency by a sine wave oscillator frequency adjuster 011.

A04:カンチレバー励振用ドライバー010の出力を停止して、カンチレバー003の加振を停止する。 A04: stops outputting the cantilever excitation driver 010 stops vibrating the cantilever 003.

A05:力変調用発振器006の周波数を、正弦波発振器用周波数調整器011で計測した周波数に一致させる。 A05: The frequency of force modulation oscillator 006, to match the frequency measured by the sine wave oscillator frequency adjuster 011.

A06:カンチレバー003が加振されず、自然の状態で振動している状態にあることを確認してから、力変調装置004で試料001のスピンを変調し、その結果試料に発生する被測定対象である磁気共鳴力をカンチレバーへ作用させる。 A06: cantilever 003 is vibrated Sarezu, ensure that the state of oscillating at the natural state, modulates the spin of the sample 001 in the power modulator 004, the measured object that occurs as a result the sample the magnetic resonance force is caused to act to the cantilever.

A07:カンチレバー003の振動を、カンチレバー変位検出器007およびロックイン増幅器008を用いて観測する。 A07: The vibration of the cantilever 003, observed using a cantilever displacement detector 007 and a lock-in amplifier 008.

A08:力変調装置004を停止させ、被測定対象である磁気共鳴力を停止する。 A08: a force modulator 004 is stopped to stop the magnetic resonance force is to be measured. そして、再びA01に戻り、同様の手順を繰り返す。 Then, return to the A01 again, repeat the same procedure.

図3に、工程A01から工程A08までの動作において、カンチレバー003の振動がどのように振舞っているかをイラストで示した。 Figure 3 shows the operation from step A01 to step A08, whether the vibration of the cantilever 003 is how behave illustrations. カンチレバー003は、カンチレバー励振器009とカンチレバー励振用ドライバー010による加振と、試料001の磁気共鳴力による励振を交互に繰り返す形となっている。 The cantilever 003, the vibration due to the cantilever exciter 009 and the cantilever excitation driver 010, and has a shape which repeats the excitation by the magnetic resonance force of the sample 001 alternately.

特開2007−85955号公報 JP 2007-85955 JP 特開2005−241539号公報 JP 2005-241539 JP 特開2005−114580号公報 JP 2005-114580 JP 特開2003−294602号公報 JP 2003-294602 JP 特開2003−28773号公報 JP 2003-28773 JP 特開2001−242231号公報 JP 2001-242231 JP

ところで、カンチレバーの振動変位から、カンチレバーに作用している力を定量的に評価するためには、カンチレバーの共振角周波数ω 0ならびにQ値Q 0が既知である必要がある。 Incidentally, the oscillation displacement of the cantilever, in order to quantitatively evaluate the force acting on the cantilever, the resonance angular frequency omega 0 and Q value Q 0 of the cantilever is required to be known. 非特許文献1で指摘されているように、探針に対して試料の相対的な位置をステージによって移動した際にω 0が変化するのであれば、ステージを移動する毎にω 0を逐次測定し続ける必要がある。 As pointed out in Non-Patent Document 1, the sequential measurement if the omega 0 when you move the relative position of the sample by the stage is changed, the omega 0 every time the stage is moved relative to the probe there is a need to continue to.

また、一般にステージ移動に伴ってQ 0が変化することも考えられる。 In general it is also conceivable that Q 0 varies with the stage movement. この場合には、ステージを移動する毎にQ 0も逐次測定し続ける必要がある。 In this case, Q 0 is also necessary to continue to successively measured every move the stage.

Dissipation force microscopyはAFMの1つとして広く知られている顕微鏡であるが、その顕微鏡が提供する像はQ 0の変化を描いた像に対応していることを考慮すると、走査の際にQ 0の変化を伴うことは特別ではないと言える。 When Dissipation force microscopy is a microscopic widely known as one of the AFM, the image which the microscope is provided considering that correspond to the image depicting the change in Q 0, Q 0 when the scanning it can be said that is not a special be associated with the change.

背景技術で例示した方法では、この課題に対し、ステージを走査する毎に、カンチレバーを加振して、その間にω 0を計測し、発振器の発振周波数を更新し続ける方法が述べられている。 In the illustrated method in the background art, for this problem, each time scanning the stage, and vibrate the cantilever, measured omega 0 therebetween, the method continues to update the oscillation frequency of the oscillator is described. 非特許文献1では、Q 0の更新については触れられていない。 In Non-Patent Document 1 is silent about updating Q 0. しかしながら、ω 0の更新方法として非特許文献1で述べられたカンチレバーを加振する方法は、例えばその方法の1つであるリングダウン法を取り上げると、ω 0だけでなくQ 0も測定できることは自明であり、ω 0とQ 0の両方を更新できる手法であることは言うまでもない。 However, a method for vibrating the cantilever described in Non-Patent Document 1 as a method of updating the omega 0, for example Taking the ring-down method, which is one of the method, it can also be measured Q 0 as well omega 0 is is a self-evident, it is needless to say that the technique that can be updated both of ω 0 and Q 0.

しかしながら、背景技術で述べた方法では、カンチレバーに掛かる力を検出する際には、被測定力で励振されるカンチレバーの振動振幅を計測する必要があり、ω 0やQ 0の測定を目的とした加振の影響は無視できる状況になっていなくてはならない。 However, in the method described in the background art, when detecting a force applied to the cantilever, it is necessary to measure the vibration amplitude of the cantilever is excited by the measurement force, for the purpose of measurement of omega 0 and Q 0 the effect of vibration must not become a situation that can be ignored.

例えば、微弱な力を対象とする場合に、加振に要する力が被測定力に対して100倍大きいとすると、加振の影響がカンチレバーの振動に現れなくなるまでに、4.6×2Q 00の時間だけ待たなくてはならない。 For example, when the target weak force, until the force required for excitation is when the 100 times the measured force large, the influence of vibration can not appear in the vibration of the cantilever, 4.6 × 2Q 0 / ω must only wait 0 of time. 0 =1000、ω 0 =2π[1000Hz]だとすると、4.6×2Q 00 =1.5秒程度になる。 Q 0 = 1000, ω 0 = 2π [1000Hz] Datosuruto, on the order of 4.6 × 2Q 0 / ω 0 = 1.5 seconds.

このように、ω 0とQ 0の更新と力強度測定との両方が必要であるという課題に対して、従来技術のように、カンチレバーの振幅を観測し、かつカンチレバーの加振と加振停止とを繰り返さなくてはならない状況下は、測定時間が待ち時間の分だけ長くなってしまう。 Thus, for a problem that both the update and the force intensity measurement of omega 0 and Q 0 are required, as in the prior art, to observe the amplitude of the cantilever, and vibration and vibration stoppage of the cantilever under the condition that must be repeated at the door, the measurement time becomes longer by the amount of waiting time.

非特許文献2では、上記の課題に対して、カンチレバーの共振周波数が変化しても力変調用発振器の周波数を変化させない方法を提案している。 Non-Patent Document 2, for the above problems, proposes a method in which the resonance frequency of the cantilever does not change the frequency of the force also modulated oscillator changes.

この手法では、装置の出力としてS/Nを観測すると述べられている。 In this method, it is stated that observes the S / N as the output of the device. カンチレバーの伝達関数をG(ω 0 ,Q 0 )とすると、被測定量である力fによって誘起される振動量はfG、熱ノイズ力Nによって励起される振動量はNGであり、S/Nはf/Nで与えられ、Gを変数に含まない。 When the transfer function of the cantilever and G (ω 0, Q 0) , the amount of vibration induced by the force f is the amount to be measured fG, amount of vibration is excited by the thermal noise power N is NG, S / N is given by f / N, it contains no G variable.

しかしながら、この方法は、ω 0やQ 0が大きく変化する場合には適切でない。 However, this method is not appropriate when the omega 0 and Q 0 is greatly changed. 第1の理由は、ωがω 0から大きく離れるとG(ω 0 ,Q 0 )が著しく小さくなり、ノイズについてNGに比べてNGとは異なる測定ノイズが主になり、S/Nを悪化させてしまうからである。 The first reason is, omega is omega 0 when large extent from the G (ω 0, Q 0) is significantly reduced, it becomes the main different measurement noise and NG compared to NG Noise exacerbates the S / N and because the cause. 第2の理由は、Nは統計力学的な考察から、ω 0 、Q 0 、カンチレバーのバネ定数kに依存するパラメーターであり、それらの数値が変化すると、Nの値が変わることになる。 The second reason is, N is the statistical mechanics considerations, omega 0, Q 0, a parameter that depends on the spring constant k of the cantilever, as they numerical changes, the value of N is changed.

本発明の目的は、上述した点に鑑み、常にカンチレバーを一定の振幅で加振し続けた状況で、ω 0やQ 0だけでなく、被測定対象である力の強度も測定可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned points, always situation continued to vibrate the cantilever at a constant amplitude, omega 0 and Q 0 as well, the strength of the force is to be measured also possible scanning measurement to provide a probe microscope.

この目的を達成するため、本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡は、 To this end, scanning probe microscope according to the present invention,
カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、該変化を自動利得増幅器でカンチレバーの励振振幅に帰還させながら、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、 The 該探 needles in a state of being close to the probe and the sample attached to the cantilever tip scans the sample, while modifying the force between the force modulator of 該探 needle and the sample, the from the sample the change in force the probe receives detected by excitation of the cantilever, while fed back to the excitation amplitude of the cantilever in an automatic gain amplifier to said change, and so as to draw a sample image of the minute region on the basis of the value of the change in scanning probe microscopy,
前記カンチレバーが常に一定の振幅で振動するような入力増幅率で前記自動利得増幅器を駆動させて、前記カンチレバーの励振振幅を一定に制御するとともに、前記自動利得増幅器の増幅率を制御している前記入力増幅率の値の変化から分かる前記カンチレバーが前記試料から受け取る励振力の変化を指標にして、微小領域の試料像を描かせるようにしたことを特徴としている。 The cantilever is always drives the automatic gain amplifier with input gain so as to vibrate at a constant amplitude, and controls the excitation amplitude of the cantilever constant, and controls the amplification factor of the automatic gain amplifier wherein the cantilever is an index a change in the exciting force received from the specimen can be seen from the change in the value of the input gain, it is characterized in that so as to draw a sample image of the minute region.

また、前記入力増幅率は、前記力変調装置の励振信号をリファレンス信号とするロックイン増幅器で前記カンチレバーの振幅変化を検出することにより得ることを特徴としている。 Further, the input gain is characterized in that obtained by detecting the amplitude change of the cantilever excitation signal of the power modulator in the lock-in amplifier as a reference signal.

また、前記探針と試料の間に働く力は、磁気共鳴力であることを特徴としている。 Further, the force acting between the probe and the sample is characterized in that a magnetic resonance force.

本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、 According to the scanning probe microscope of the present invention,
カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、該変化を自動利得増幅器でカンチレバーの励振振幅に帰還させながら、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、 The 該探 needles in a state of being close to the probe and the sample attached to the cantilever tip scans the sample, while modifying the force between the force modulator of 該探 needle and the sample, the from the sample the change in force the probe receives detected by excitation of the cantilever, while fed back to the excitation amplitude of the cantilever in an automatic gain amplifier to said change, and so as to draw a sample image of the minute region on the basis of the value of the change in scanning probe microscopy,
前記カンチレバーが常に一定の振幅で振動するような入力増幅率で前記自動利得増幅器を駆動させて、前記カンチレバーの励振振幅を一定に制御するとともに、前記自動利得増幅器の増幅率を制御している前記入力増幅率の値の変化から分かる前記カンチレバーが前記試料から受け取る励振力の変化を指標にして、微小領域の試料像を描かせるようにしたので、 The cantilever is always drives the automatic gain amplifier with input gain so as to vibrate at a constant amplitude, and controls the excitation amplitude of the cantilever constant, and controls the amplification factor of the automatic gain amplifier wherein the cantilever is an index a change in the exciting force received from the specimen can be seen from the change in the value of the input gain, since so as to draw a sample image of the minute region,
常にカンチレバーを一定の振幅で加振し続けた状況で、ω 0やQ 0だけでなく、被測定対象である力の強度も測定可能な走査型プローブ顕微鏡を提供することが可能になった。 Always situation continued to vibrate the cantilever at a constant amplitude, as well as omega 0 and Q 0, it has become possible to provide a force of strength measurable scanning probe microscope as an object to be measured.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the present invention.

図4は、本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の一実施例である。 Figure 4 is an example of a scanning probe microscope according to the present invention. 図中101は、試料である。 Figure 101 is the sample. 試料101が載ったステージ102を走査して、各位置で探針付きカンチレバー103に掛かる力強度のデータを収集して画像化する。 The stage 102 the sample 101 is resting scanned, imaged by collecting data of the force intensity exerted on needled cantilever 103 probe at each position. あるいは、力強度が一定になるようにZ方向に調整しながら、試料101が載ったステージ102をXY方向に走査し、各XY位置に対してZ位置のデータを収集して画像化する。 Alternatively, while adjusting the Z direction such that a force intensity is constant, scanning the stage 102 the sample 101 is placed on the XY direction, imaging gathering data Z position for each XY position.

このとき、カンチレバー103を自己励振させることによって、ω 0とQ 0を更新する工程を不要とし、カンチレバー103を励振させる励振器のパワー変化から、力強度を評価する。 In this case, the cantilever 103 by self-exciting, and unnecessary step of updating the omega 0 and Q 0, the power change in the exciter for exciting the cantilever 103, to evaluate the force intensity.

図5は、力強度のデータを収集して画像化する手順を流れ図として示したものである。 Figure 5 is a diagram showing a procedure for imaging by collecting strength of the data as a flow diagram.

B01:予め、以下に述べるカンチレバーの自己励振ループをONにする。 B01: previously, it turns ON the self-exciting loop of the cantilever described below. カンチレバーを安定して励振するための自己励振ループは、非特許文献3の中で提案されている。 Self-exciting loop to stably excite the cantilever is proposed in Non-Patent Document 3.

カンチレバー変位検出器107において、カンチレバーの振動の振る舞いx(t)が計測される。 In the cantilever displacement detector 107, the behavior x of the vibration of the cantilever (t) is measured. 自動利得増幅器112では、x(t)の振幅が指定値A 0になるように、x(t)の振幅値が小さいときには入力x(t)に対して増幅率を上げて出力し、x(t)の振幅値が大きいときには入力x(t)に対して増幅率を下げて出力する。 Automatic gain amplifier 112, so that the amplitude of x (t) becomes a specified value A 0, when the amplitude value of x (t) is small and output to increase the gain for the input x (t), x ( lower the amplification factor to output to the input x (t) when the amplitude value of t) is large.

x(t)の振幅は、ロックイン増幅器108でx(t)を検波して算出される。 The amplitude of x (t) is calculated by detecting the x (t) by the lock-in amplifier 108. ロックイン増幅器108のリファレンス信号(REF)には、振幅調整器106および移相器111を介して供給される自己励振ループの発振信号が用いられる。 The reference signal of the lock-in amplifier 108 (REF), the oscillation signal of the self-exciting loop supplied via an amplitude adjuster 106 and the phase shifter 111 is used.

微分回路113では、αx(t)(αは比例定数)に対してαdx(t)/dtが出力できるようにする。 The differentiating circuit 113, αx (t) (α is a proportional constant) αdx (t) / dt with respect to be able to output. カンチレバー励振器用ドライバー110は、微分回路113から出力された微分信号でカンチレバー103が励振できるように、カンチレバー励振器109へ微分信号を増幅して送信する。 Cantilever excitation dexterity driver 110, the cantilever 103 in a differential signal outputted from the differentiation circuit 113 to allow the excitation and transmits the amplified differential signal to the cantilever exciter 109. このループによって、カンチレバー103の振幅値が一定値A 0となるように保たれる。 With this loop, the amplitude of the cantilever 103 is maintained to be constant value A 0.

カンチレバー103の運動x(t)は、以下の方程式で記述される。 Movement x of the cantilever 103 (t) is described by the following equation.

2 x/dt 2 +(ω 0 /Q 0 )dx/dt+ω 0 2 x={(ω 0 2ex /k)/v}dx/dt d 2 x / dt 2 + ( ω 0 / Q 0) dx / dt + ω 0 2 x = {(ω 0 2 F ex / k) / v} dx / dt
ここでF exはカンチレバー励振器109がカンチレバー103へ与える力、v(=Aω 0 )はdx/dtの振幅値を表わす。 Here F ex is the force cantilever exciter 109 provides the cantilever 103, v (= Aω 0) represents the amplitude value of dx / dt. カンチレバー103の振幅値が一定値になることは、上式の左辺第2項と、右辺の項とが等しくなるときに実現される。 The amplitude of the cantilever 103 becomes a constant value is achieved when the second term left side of the above equation, the right side of the section is equal. このとき、以下の式が得られる。 In this case, the following equation is obtained.

ex =kA 0 /Q 0 F ex = kA 0 / Q 0
ここでA 0は既知である。 Here A 0 is known. kはk=mω 0 (mはカンチレバーの総質量)であり、共振周波数ω 0の値から評価できる。 k is k = mω 0 (m is the total mass of the cantilever), and can be evaluated from the value of the resonance frequency omega 0. よって上式は、F exを知ることができれば、Q 0が導出できることを示唆する。 Therefore above equation suggests that if it is possible to know the F ex, Q 0 can be derived.

exの大きさを制御しているのは、自動利得増幅器112の増幅率であり、両者は比例の関係にある。 What controls the size of the F ex is the amplification factor of the automatic gain amplifier 112, both in a proportional relationship. 比例係数の較正は、以下のようにして可能である。 Calibration of the proportionality factor can be as follows.

カンチレバー103の先端が、例えば試料101近傍に近づいていないときなど、自由振動をしているときに、カンチレバー103の振動ノイズスペクトル測定などからQ 0を求めることができる。 The tip of the cantilever 103, for example, when not approaching the workpiece 101 near the time that the free vibration, can be obtained Q 0 from vibration noise spectrum measurement of the cantilever 103. このとき、上式からF exが評価できる。 In this case, F ex can be evaluated from the above equation. 増幅率がゼロのときは、F exはゼロであることを認めると、評価されたF exと、そのときの自動利得増幅器112の増幅率との比から、比例係数を評価することができる。 When the amplification factor is zero, F ex is the admission that it is zero, and F ex evaluated, from the ratio of the gain of the automatic gain amplifier 112 at that time, it is possible to evaluate the proportionality factor.

よって、自己励振ループにおいて発振した信号振幅が安定化したときに、自動利得増幅器112の増幅率が分かれば、Q 0の情報が得られたことになる。 Therefore, when the signal amplitude oscillated in self-exciting loop has stabilized, knowing the gain of the automatic gain amplifier 112, the information of Q 0 is obtained.

B02:ステージ102を移動して、試料101の表面近傍の測定したい局所的な部分を、カンチレバー103の先端へ近づける。 B02: Move the stage 102, the local portion to be measured in the vicinity of the surface of the sample 101, close to the tip of the cantilever 103.

B03:自動利得増幅器112の増幅率(Q 0の情報)と、周波数復調器114で測定される自己励振ループで発生した周波数ω 0を記録しておく。 B03: gain of the automatic gain amplifier 112 (the information of the Q 0), recording the frequency omega 0 generated by the self-exciting loop measured at a frequency demodulator 114.

B04:試料101の表面近傍の局所的な部分とカンチレバー103の先端との間に何らかの力が発生し、その力がカンチレバー103に作用しているとする。 B04: some force between the tip of the local part and the cantilever 103 in the vicinity of the surface of the sample 101 is generated, and the force is acting on the cantilever 103. 更に、力変調装置104を用いると、その力が変調できるものと仮定する。 Furthermore, the use of force modulator 104, assume that the force can be modulated. 例えば、原子間力が対象であれば、ステージ102をZ方向に位置を変動させる装置が力変調装置104に当てはまる。 For example, if an atomic force target device for varying the position of the stage 102 in the Z direction applies a force modulator 104. 静電気力が対象であれば、試料101やステージ102に対するカンチレバー103の電位差を変化させる装置が力変調装置104に当てはまる。 If electrostatic force is subject device for varying the potential difference between the cantilever 103 to the sample 101 and the stage 102 applies the force modulator 104.

結果として、自己励振ループの微分回路113から取り出され、振幅調整器106を経て得られた電気信号(1/v)dx(t)/dtが、ドライバー105を経て、力変調装置104に受信され、力の時間変化f(t)=(f/t)dx(t)/dtに変換されるものとする。 As a result, taken out from the differentiation circuit 113 of self-exciting loop, amplitude adjuster electric signal obtained 106 via (1 / v) dx (t) / dt is, through the driver 105 is received by the force modulator 104 It shall be converted to the time of the force variation f (t) = (f / t) dx (t) / dt. ここでfは未知数であり、評価したいパラメータである。 Where f is the unknown, which is a parameter you want to evaluate.

B05:力変調装置104に由来する力の変動f(t)によって、カンチレバー103の振幅はA 0 −Aとなる。 B05: the variation of the force from the force modulator 104 f (t), the amplitude of the cantilever 103 becomes A 0 -A. ここでA=fQ 0 /kである。 Here is A = fQ 0 / k. 自己励振ループでは、振幅をA 0とするように自動利得増幅器112が増幅率を自動的に調整するので、カンチレバー励振器109へ送信する力をF ex →F ex +Ak/Q 0と変更することになる。 The self-exciting loop, since the automatic gain amplifier 112 amplitude to the A 0 automatically adjusts the amplification factor, changing the force to be transmitted to the cantilever exciter 109 and F ex → F ex + Ak / Q 0 become.

よって、B03の工程で測定しておいた被測定力が働かないときのF exと、働くときのF ex +Ak/Q 0との差を求めることによって、Ak/Q 0を求めることができる。 Therefore, it is possible to obtain the F ex when the measured force which had been measured in B03 process does not work, the F ex + by obtaining the difference between Ak / Q 0, Ak / Q 0 when working.

B06:力変調装置104の出力を停止する。 B06: stops outputting the force modulator 104. そして、工程B02へ戻って、工程B02から工程B06までの手順を繰り返す。 Then, the process returns to step B02, and repeats the procedure from step B02 to step B06.

図6に、工程B02から工程B06までの動作において、カンチレバー103の振動と自動利得増幅器112の増幅率とがどのように振舞っているかをイラストで示した。 6, in operation from step B02 to step B06, showed how the vibration and gain of the automatic gain amplifier 112 of the cantilever 103 is how behave illustrations.

尚、上記の補足として、工程B04で被測定対象である力発生、工程B05で力測定、工程B06で力停止としているが、工程B04から工程B06の一連の動作を、定常的に変更することでも構わない。 As a supplement to the above, the force generated in step B04 which is an object to be measured, the force measured in step B05, although the force stops at step B06, the series of operations from step B04 step B06, that constantly change But it does not matter. すなわち、定常的かつ周期的に力のON/OFFを変化させ、その周期的に変動する力に起因したカンチレバーの強度変調分を検波することでも構わない。 That is, constant and periodically changing the ON / OFF of power, may be by detecting the intensity-modulated component of the cantilever due to the forces varies its cyclically.

図7は、本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の一実施例である。 Figure 7 shows an embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention. 図中201は、試料である。 Figure 201, which is a sample. 試料201が載ったステージ202を走査して、各位置で探針付きカンチレバー203に掛かる力強度のデータを収集して画像化する。 The stage 202 the sample 201 is resting scanned, imaged by collecting data of the force intensity exerted on needled cantilever 203 probe at each position. あるいは、力強度が一定になるようにZ方向に調整しながら、試料201が載ったステージ202をXY方向に走査し、各XY位置に対してZ位置のデータを収集して画像化する。 Alternatively, while adjusting the Z direction such that a force intensity is constant, scanning the stage 202 the sample 201 is placed on the XY direction, imaging gathering data Z position for each XY position.

このとき、カンチレバー203を自己励振させることによって、ω 0とQ 0を更新する工程を不要とし、カンチレバー203を励振させる励振器のパワー変化から、力強度を評価する。 In this case, the cantilever 203 by self-exciting, and unnecessary step of updating the omega 0 and Q 0, the power change in the exciter for exciting the cantilever 203, to evaluate the force intensity.

図8は、力強度のデータを収集して画像化する手順を流れ図として示したものである。 Figure 8 is a diagram showing a procedure for imaging by collecting strength of the data as a flow diagram.

C01:予め、以下に述べるカンチレバーの自己励振ループをONにする。 C01: previously, turns ON the self-exciting loop of the cantilever described below. カンチレバーを安定して励振するための自己励振ループは、非特許文献3の中で提案されている。 Self-exciting loop to stably excite the cantilever is proposed in Non-Patent Document 3.

カンチレバー変位検出器207において、カンチレバーの振動の振る舞いx(t)が計測される。 In the cantilever displacement detector 207, the behavior x of the vibration of the cantilever (t) is measured. 自動利得増幅器212では、x(t)の振幅が指定値A 0になるように、x(t)の振幅値が小さいときには入力x(t)に対して増幅率を上げて出力し、x(t)の振幅値が大きいときには入力x(t)に対して増幅率を下げて出力する。 Automatic gain amplifier 212, so that the amplitude of x (t) becomes a specified value A 0, when the amplitude value of x (t) is small and output to increase the gain for the input x (t), x ( lower the amplification factor to output to the input x (t) when the amplitude value of t) is large.

x(t)の振幅は、ロックイン増幅器208でx(t)を検波して算出される。 The amplitude of x (t) is calculated by detecting the x (t) by the lock-in amplifier 208. ロックイン増幅器208のリファレンス信号(REF)には、振幅調整器206および移相器211を介して供給される自己励振ループの発振信号が用いられる。 The reference signal of the lock-in amplifier 208 (REF), the oscillation signal of the self-exciting loop supplied via an amplitude adjuster 206 and the phase shifter 211 is used.

微分回路213では、αx(t)(αは比例定数)に対してαdx(t)/dtが出力できるようにする。 The differentiating circuit 213, αx (t) (α is a proportional constant) αdx (t) / dt with respect to be able to output. カンチレバー励振器用ドライバー210は、微分回路213から出力された微分信号でカンチレバー203が励振できるように、カンチレバー励振器209へ微分信号を増幅して送信する。 Cantilever excitation dexterity driver 210, to allow excited cantilever 203 is a differential signal outputted from the differentiation circuit 213, and transmits the amplified differential signal to the cantilever exciter 209. このループによって、カンチレバー203の振幅値が一定値A 0となるように保たれる。 With this loop, the amplitude of the cantilever 203 is maintained to be constant value A 0.

カンチレバー203の運動x(t)は、以下の方程式で記述される。 Movement x of the cantilever 203 (t) is described by the following equation.

2 x/dt 2 +(ω 0 /Q 0 )dx/dt+ω 0 2 x={(ω 0 2ex /k)/v}dx/dt d 2 x / dt 2 + ( ω 0 / Q 0) dx / dt + ω 0 2 x = {(ω 0 2 F ex / k) / v} dx / dt
ここでF exはカンチレバー励振器209がカンチレバー203へ与える力、v(=Aω 0 )はdx/dtの振幅値を表わす。 Here F ex is the force cantilever exciter 209 provides the cantilever 203, v (= Aω 0) represents the amplitude value of dx / dt. カンチレバー203の振幅値が一定値になることは、上式の左辺第2項と、右辺の項とが等しくなるときに実現される。 The amplitude of the cantilever 203 becomes a constant value is achieved when the second term left side of the above equation, the right side of the section is equal. このとき、以下の式が得られる。 In this case, the following equation is obtained.

ex =kA 0 /Q 0 F ex = kA 0 / Q 0
ここでA 0は既知である。 Here A 0 is known. kはk=mω 0 (mはカンチレバーの総質量)であり、共振周波数ω 0の値から評価できる。 k is k = mω 0 (m is the total mass of the cantilever), and can be evaluated from the value of the resonance frequency omega 0. よって上式は、F exを知ることができれば、Q 0が導出できることを示唆する。 Therefore above equation suggests that if it is possible to know the F ex, Q 0 can be derived.

exの大きさを制御しているのは、自動利得増幅器212の増幅率であり、両者は比例の関係にある。 What controls the size of the F ex is the amplification factor of the automatic gain amplifier 212, both in a proportional relationship. 比例係数の較正は、以下のようにして可能である。 Calibration of the proportionality factor can be as follows.

カンチレバー203の先端が、例えば試料201近傍に近づいていないときなど、自由振動をしているときに、カンチレバー203の振動ノイズスペクトル測定などからQ 0を求めることができる。 The tip of the cantilever 203, for example, when not approaching the sample 201 near when you are free vibrations, can be obtained Q 0 from vibration noise spectrum measurement of the cantilever 203. このとき、上式からF exが評価できる。 In this case, F ex can be evaluated from the above equation. 増幅率がゼロのときは、F exはゼロであることを認めると、評価されたF exと、そのときの自動利得増幅器212の増幅率との比から、比例係数を評価することができる。 When the amplification factor is zero, F ex is the admission that it is zero, and F ex evaluated, from the ratio of the gain of the automatic gain amplifier 212 at that time, it is possible to evaluate the proportionality factor.

よって、自己励振ループにおいて発振した信号振幅が安定化したときに、自動利得増幅器212の増幅率が分かれば、Q 0の情報が得られたことになる。 Therefore, when the signal amplitude oscillated in self-exciting loop has stabilized, knowing the gain of the automatic gain amplifier 212, the information of Q 0 is obtained.

C02:ステージ202を移動して、試料201の表面近傍の測定したい局所的な部分を、カンチレバー203の先端へ近づける。 C02: by moving the stage 202, the local portion to be measured in the vicinity of the surface of the sample 201, close to the tip of the cantilever 203.

C03:自動利得増幅器212の増幅率(Q 0の情報)と、周波数復調器214で測定される自己励振ループで発生したカンチレバー203の共振周波数の変化を記録しておく。 C03: gain of the automatic gain amplifier 212 (the information of the Q 0), recording the change in the resonant frequency of the cantilever 203 generated in the self-exciting loop measured at a frequency demodulator 214.

C04:試料201の表面近傍の局所的な部分とカンチレバー203の先端との間に何らかの力が発生し、その力がカンチレバー203に作用しているとする。 C04: some force between the tip of the local part and the cantilever 203 in the vicinity of the surface of the sample 201 is generated, and the force is acting on the cantilever 203. 更に、力変調装置204を用いると、その力が変調できるものと仮定する。 Furthermore, the use of force modulator 204, it is assumed that the force can be modulated. 例えば、原子間力が対象であれば、ステージ202をZ方向に位置を変動させる装置が力変調装置204に当てはまる。 For example, if an atomic force target device for varying the position of the stage 202 in the Z direction applies a force modulator 204. 静電気力が対象であれば、試料201やステージ202に対するカンチレバー203の電位差を変化させる装置が力変調装置204に当てはまる。 If electrostatic force is subject device for varying the potential difference of the cantilever 203 relative to the sample 201 and the stage 202 applies the force modulator 204.

結果として、自己励振ループから取り出され、振幅調整器206を経て得られた電気信号(1/A 0 )x(t)が、ドライバー205を経て、力変調装置204に受信され、力の時間変化f(t)=(f/A 0 )x(t)に変換されるものとする。 As a result, taken out from the self-exciting loop, an electrical signal obtained through the amplitude adjuster 206 (1 / A 0) x (t) is, via a driver 205, it is received by the force modulator 204, time change of the force shall be converted to f (t) = (f / a 0) x (t). ここでfは未知数であり、評価したいパラメータである。 Where f is the unknown, which is a parameter you want to evaluate.

C05:力変調装置204に由来する力の変動f(t)によって、カンチレバー203の共振周波数は√(ω 0 2 −f/A 0 )となる。 C05: the variation of the force from the force modulator 204 f (t), the resonance frequency of the cantilever 203 becomes √ (ω 0 2 -f / A 0). その周波数が自己励振ループで発生した信号の周波数となる。 The frequency is the frequency of the signal generated by the self-excitation loop. そしてその周波数は、周波数復調器14で測定される。 And that frequency is measured by the frequency demodulator 14.

よって、工程C03で測定しておいた被測定力が働かないときの角周波数の2乗ω 0 2と、働くときの角周波数の2乗(ω 0 2 −f/A 0 )との差を求めることによって、f/A 0を求めることができる。 Therefore, an angular square omega 0 2 frequencies when the measured force that has been determined in step C03 does not work, the difference between the square of the angular frequency (ω 0 2 -f / A 0 ) when the working by obtaining, it is possible to obtain the f / a 0.

C06:力変調装置204の出力を停止する。 C06: stops outputting the force modulator 204. そして、工程C02へ戻って、工程C02から工程C06までの手順を繰り返す。 Then, the process returns to step C02, and repeats the procedure from step C02 to step C06.

図9に、工程C02から工程C06までの動作において、カンチレバー203の振動と自動利得増幅器212の増幅率、そしてカンチレバーの共振周波数(周波数復調器214の出力)とがどのように振舞っているかをイラストで示した。 9, in operation from step C02 to step C06, illustrations or vibration and the gain of the automatic gain amplifier 212 of the cantilever 203, and (the output of the frequency demodulator 214) cantilever resonant frequency and is how behaved It is shown in.

尚、上記の補足として、工程C04で被測定対象である力発生、工程C05で力測定、工程C06で力停止としているが、工程C04から工程C06の一連の動作を、以下のように変更することも可能である。 As a supplement to the above, the force generated in step C04 is to be measured, the force measured at step C05, although the force stops at step C06, the series of operations from step C04 step C06, modified as follows it is also possible. すなわち、定常的かつ周期的に力のON/OFFを変化させ、その周期的に変動する力に起因したカンチレバーの周波数変調量を、周波数復調器214で読み取った周波数の測定量に対して検波することでも構わない。 That is, constant and periodically changing the ON / OFF of the power, the amount of frequency modulation of the cantilever due to the forces varies its periodically, for detecting the measurement of the frequency read by the frequency demodulator 214 may be it.

磁気共鳴力顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡に広く利用できる。 It can be widely used in scanning probe microscopes, such as a magnetic resonance force microscope.

従来の走査型プローブ顕微鏡の一例を示す図である。 Is a diagram illustrating an example of a conventional scanning probe microscope. 従来の走査型プローブ顕微鏡において測定の流れを示す図の一例である。 Is an example of a diagram in the conventional scanning probe microscope is shown the flow of the measurement. 従来の走査型プローブ顕微鏡において測定中のカンチレバーの振動を示す図の一例である。 It is an example of a diagram in the conventional scanning probe microscope is shown the oscillation of the cantilever during measurement. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の一実施例を示す図である。 Is a diagram showing an embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡において測定の流れを示す図の一実施例である。 Which is an embodiment of a diagram showing the flow of the measurement in a scanning probe microscope according to the present invention. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡において測定中のカンチレバーの振動を示す図の一実施例である。 It is an example of diagram illustrating the vibration of the cantilever during measurement in a scanning probe microscope according to the present invention. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の別の実施例を示す図である。 It is a diagram illustrating another embodiment of a scanning probe microscope according to the present invention. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡において測定の流れを示す図の別の実施例である。 It is another example of a diagram showing the flow of the measurement in a scanning probe microscope according to the present invention. 本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡において測定中のカンチレバーの振動を示す図の別の実施例である。 It is another example of a diagram illustrating the oscillation of the cantilever during measurement in a scanning probe microscope according to the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

001:試料、002:ステージ、003:探針付きカンチレバー、004:力変調装置(変調磁場発生装置)、005:力変調装置を駆動させるドライバー、006:力変調用発振器、007:カンチレバー変位検出器、008:ロックイン増幅器、009:カンチレバー励振器、010:カンチレバー励振用ドライバー、011:正弦波発振器用周波数調整器、101:試料、102:ステージ、103:探針付きカンチレバー、104:力変調装置(変調磁場発生装置)、105:力変調装置を駆動させるドライバー、106:振幅調整器、107:カンチレバー変位検出器、108:ロックイン増幅器、109:カンチレバー励振器、010:カンチレバー励振用ドライバー、111:移相器、112:自動利得増幅器、113:微 001: sample 002: Stage, 003: probe with cantilever 004: Power modulator (modulating magnetic field generator), 005: driver for driving force modulator, 006: Power modulation oscillator 007: cantilever displacement detector , 008: lock-in amplifier, 009: cantilever exciter, 010: cantilever excitation driver 011: sine-wave oscillator for frequency regulator 101: sample 102: stage, 103: probe with cantilever 104: power modulator (modulation magnetic field generator), 105: driver for driving force modulator, 106: amplitude adjuster, 107: cantilever displacement detector, 108: lock-in amplifier, 109: cantilever exciter, 010: cantilever excitation driver 111 : phase shifter, 112: automatic gain amplifier, 113: fine 回路、114:周波数復調器、201:試料、202:ステージ、203:探針付きカンチレバー、204:力変調装置(変調磁場発生装置)、205:力変調装置を駆動させるドライバー、206:振幅調整器、207:カンチレバー変位検出器、208:ロックイン増幅器、209:カンチレバー励振器、210:カンチレバー励振用ドライバー、211:移相器、212:自動利得増幅器、213:微分回路、214:周波数復調器 Circuit, 114: a frequency demodulator, 201: sample 202: Stage, 203: probe with cantilever 204: Power modulator (modulating magnetic field generator), 205: driver for driving force modulator, 206: amplitude adjuster , 207: cantilever displacement detector 208: lock-in amplifier, 209: cantilever exciter, 210: cantilever excitation driver 211: phase shifter, 212: automatic gain amplifier, 213: a differentiating circuit, 214: frequency demodulator

Claims (3)

  1. カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、該変化を自動利得増幅器でカンチレバーの励振振幅に帰還させながら、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、 The 該探 needles in a state of being close to the probe and the sample attached to the cantilever tip scans the sample, while modifying the force between the force modulator of 該探 needle and the sample, the from the sample the change in force the probe receives detected by excitation of the cantilever, while fed back to the excitation amplitude of the cantilever in an automatic gain amplifier to said change, and so as to draw a sample image of the minute region on the basis of the value of the change in scanning probe microscopy,
    前記カンチレバーが常に一定の振幅で振動するような入力増幅率で前記自動利得増幅器を駆動させて、前記カンチレバーの励振振幅を一定に制御するとともに、前記自動利得増幅器の増幅率を制御している前記入力増幅率の値の変化から分かる前記カンチレバーが前記試料から受け取る励振力の変化を指標にして、微小領域の試料像を描かせるようにしたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 The cantilever is always drives the automatic gain amplifier with input gain so as to vibrate at a constant amplitude, and controls the excitation amplitude of the cantilever constant, and controls the amplification factor of the automatic gain amplifier wherein the cantilever is an index a change in the exciting force received from the specimen can be seen from the change in the value of the input gain, scanning probe microscope is characterized in that so as to draw a sample image of the minute region.
  2. 前記入力増幅率は、前記力変調装置の励振信号をリファレンス信号とするロックイン増幅器で前記カンチレバーの振幅変化を検出することにより得ることを特徴とする請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡。 Wherein the input gain, the force modulator excitation signal to the lock-in amplifier in claim 1 scanning probe microscope, wherein the obtained by detecting the amplitude change of the cantilever to the reference signal.
  3. 前記探針と試料の間に働く力は、磁気共鳴力であることを特徴とする請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡。 Force acting between the probe and the sample is a scanning probe microscope according to claim 1, characterized in that the magnetic resonance force.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012047689A (en) * 2010-08-30 2012-03-08 Jeol Ltd Scanning prove microscope
JP2012512398A (en) * 2008-12-17 2012-05-31 スペックス・チューリヒ・ゲーエムベーハーSpecs Zurich Gmbh Scanning probe microscope with current-controlled actuator
KR101920606B1 (en) 2008-11-13 2019-02-13 브루커 나노, 인코퍼레이션. Method and apparatus of operating a scanning probe microscope

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