JP2024066035A - Sample observation stand and sample measurement device - Google Patents
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Abstract
【課題】ナノ計測において、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却することのできる試料観察台を提供する。【解決手段】試料91を加熱または冷却可能なナノ計測用の試料観察台1は、試料91を加熱または冷却する温度調整素子11と、試料91を設置する試料ステージ21と、温度調整素子11と試料ステージ21との間にはさんで設置された、熱伝導性および柔軟性を持つ熱媒体31と、を備える。熱媒体31の熱伝導率は、試料ステージ21の熱伝導率より高い。【選択図】図1[Problem] To provide a sample observation stage capable of heating or cooling a sample while suppressing thermal expansion or thermal contraction of the sample stage in nano-measurement. [Solution] A sample observation stage 1 for nano-measurement capable of heating or cooling a sample 91 comprises a temperature adjustment element 11 for heating or cooling the sample 91, a sample stage 21 on which the sample 91 is placed, and a heat medium 31 having thermal conductivity and flexibility, sandwiched between the temperature adjustment element 11 and the sample stage 21. The heat conductivity of the heat medium 31 is higher than that of the sample stage 21. [Selected Figure] Figure 1
Description
本開示は、試料観察台および試料計測装置に関する。 This disclosure relates to a sample observation stage and a sample measurement device.
試料の表面凹凸形状あるいは試料の表面物性を測定する走査型プローブ顕微鏡において、試料の表面温度を測定する手段と表面温度測定手段を移動させる手段を有することで、温度を測定したいポイントに表面温度測定手段を移動する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。 In a scanning probe microscope that measures the surface unevenness or surface properties of a sample, a technique has been disclosed in which the surface temperature measuring means is moved to a point where the temperature is to be measured by using a means for measuring the surface temperature of the sample and a means for moving the surface temperature measuring means (for example, Patent Document 1).
ナノメートルスケールの構造の計測(以下、「ナノ計測」ともいう)において、試料を加熱・冷却し、その温度依存性等を測定したい場合がある。このとき、試料観察台の試料ステージの熱膨張・熱収縮が問題となる。すなわち、試料の温度依存性等を測定するために試料を加熱または冷却すると、試料ステージのステージ面が熱膨張または熱収縮する。その結果、計測装置と試料との間の距離が、時間的に変動する。こうした変動は、計測精度・信頼性の低下の原因となる。特に試料ステージの周囲に大気や気体が存在すると、気体の流れや熱対流により、加熱面の温度が変動しやすくなる。これが原因となって、計測に支障をきたす程度まで、測定面(測定位置)が変動する場合もある。測定環境によっては、周囲の大気・気体の流れを遮断するのは困難なこともある。また気体が存在する場合、熱対流を避けることができない。ナノメートルスケールの変動を加熱・冷却素子の制御で抑制しようとすると、極めて高い精度での制御が必要となる。このような精密な制御は、実際には困難である。 In measuring nanometer-scale structures (hereinafter also referred to as "nano measurement"), there are cases where it is necessary to heat and cool a sample and measure its temperature dependence. In this case, the thermal expansion and contraction of the sample stage of the sample observation table becomes a problem. That is, when a sample is heated or cooled to measure the temperature dependence of the sample, the stage surface of the sample stage thermally expands or contracts. As a result, the distance between the measurement device and the sample fluctuates over time. Such fluctuations cause a decrease in measurement accuracy and reliability. In particular, if there is air or gas around the sample stage, the temperature of the heating surface is likely to fluctuate due to the flow of gas and thermal convection. This may cause the measurement surface (measurement position) to fluctuate to an extent that interferes with the measurement. Depending on the measurement environment, it may be difficult to block the flow of surrounding air and gas. Also, if gas is present, thermal convection cannot be avoided. If you try to suppress nanometer-scale fluctuations by controlling the heating and cooling elements, extremely high-precision control is required. Such precise control is actually difficult to achieve.
さらにミクロな領域の測定においては、加熱を均一に行うことが求められる。しかし加熱の均一性は、試料と試料ステージとの間の密着性に依存する。従って、正確な計測のためには、試料と試料ステージとの間の密着性を十分高める必要がある。このとき上記のように試料ステージが熱膨張または熱収縮すると、こうした密着性が損なわれる。 Furthermore, when measuring microscopic areas, uniform heating is required. However, the uniformity of heating depends on the adhesion between the sample and the sample stage. Therefore, to achieve accurate measurements, it is necessary to sufficiently increase the adhesion between the sample and the sample stage. If the sample stage thermally expands or contracts as described above, this adhesion will be impaired.
本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノ計測において、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却することのできる試料観察台を提供することにある。 The present disclosure has been made in light of these circumstances, and its purpose is to provide a sample observation stage that can heat or cool a sample while suppressing thermal expansion or contraction of the sample stage in nano-measurement.
上記課題を解決するために、本開示のある態様の試料観察台は、試料を加熱または冷却可能なナノ計測用の試料観察台であって、試料を加熱または冷却する温度調整素子と、試料を設置する試料ステージと、温度調整素子と試料ステージとの間にはさんで設置された熱伝導性および柔軟性を持つ熱媒体と、を備える。熱媒体の熱伝導率は、試料ステージの熱伝導率より高い。 In order to solve the above problems, a sample observation stage according to one embodiment of the present disclosure is a sample observation stage for nano-measurement capable of heating or cooling a sample, and includes a temperature adjustment element for heating or cooling the sample, a sample stage on which the sample is placed, and a heat medium having thermal conductivity and flexibility that is sandwiched between the temperature adjustment element and the sample stage. The thermal conductivity of the heat medium is higher than that of the sample stage.
ある実施の形態では、熱媒体を構成する材料は、液体金属、熱伝導性グリースまたは熱伝導性ゴムのいずれかを含んでもよい。 In one embodiment, the material constituting the heat transfer medium may include any of the following: liquid metal, thermally conductive grease, or thermally conductive rubber.
ある実施の形態では、温度調整素子は、ヒーターまたはペルチェ素子を含んでもよい。 In some embodiments, the temperature adjustment element may include a heater or a Peltier element.
ある実施の形態では、試料ステージを構成する材料は、石英ガラスまたはインバーを含んでもよい。 In one embodiment, the material from which the sample stage is made may include fused silica or Invar.
ある実施の形態では、試料ステージを構成する材料は、熱整流性を持ってもよい。 In one embodiment, the material that makes up the sample stage may have thermal rectification properties.
ある実施の形態では、熱膨張または熱収縮による試料ステージの変動が抑制されてもよい。 In one embodiment, movement of the sample stage due to thermal expansion or contraction may be suppressed.
ある実施の形態では、温度調整素子は、複数のコンピュータプログラムによって制御されてもよい。 In some embodiments, the temperature adjustment elements may be controlled by multiple computer programs.
本開示の別の態様は、試料計測装置である。この試料計測装置は、前述のいずれかの試料観察台と、ナノ計測装置と、を備える。 Another aspect of the present disclosure is a sample measurement device. The sample measurement device includes any one of the sample observation stages described above and a nano-measurement device.
ある実施の形態では、ナノ計測装置は、原子間力顕微鏡、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡またはナノインデンターのいずれかを含んでもよい。 In one embodiment, the nano-metrology device may include any of an atomic force microscope, an optical microscope, a laser microscope, an electron microscope, or a nanoindenter.
ある実施の形態では、ナノ計測装置は、レオロジーを解析してもよい。 In some embodiments, the nano-metrology device may analyze rheology.
ある実施の形態では、ナノ計測装置は、弾性率または硬さの少なくともいずれかを解析してもよい。 In some embodiments, the nano-metrology device may analyze at least one of the elastic modulus and hardness.
ある実施の形態では、ナノ計測装置は、複数のナノ計測装置を含んでもよい。 In some embodiments, the nano-measurement device may include multiple nano-measurement devices.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components, and conversions of the expressions of this disclosure between methods, devices, systems, recording media, computer programs, etc., are also valid aspects of this disclosure.
本開示によれば、ナノ計測において、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却することのできる試料観察台を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a sample observation stage that can heat or cool a sample while suppressing thermal expansion or contraction of the sample stage in nano-measurement.
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態及び変形例では、同一又は同等の構成要素、部材には同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示す。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要でない部材の一部は省略して表示する。また、第1、第2などの序数を含む用語が多様な構成要素を説明するために用いられるが、こうした用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。 The present disclosure will be described below with reference to the drawings based on preferred embodiments. In the embodiments and modified examples, identical or equivalent components and parts are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate. The dimensions of the parts in each drawing are enlarged or reduced as appropriate for ease of understanding. Some parts that are not important for explaining the embodiments are omitted in each drawing. Terms including ordinal numbers such as first and second are used to describe various components, but these terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, and the components are not limited by these terms.
[第1の実施の形態]
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る試料観察台1を模式的に示す側面図である。試料観察台1は、温度調整素子11と、試料ステージ21と、熱媒体31と、基部41と、固定治具51と、断熱材61と、を備える。試料ステージ21の上に、試料91が配置される。
[First embodiment]
1 is a side view showing a schematic diagram of a
温度調整素子11は、試料91の温度依存性などの測定を可能とするために、試料91を加熱または冷却するための素子である。
The
一例として、温度調整素子11は、試料を加熱するためのヒーター、または試料を加熱もしくは冷却するためのペルチェ素子を含んでもよい。
As an example, the
温度調整素子11は、複数のコンピュータプログラムによって制御されてもよい。
The
試料ステージ21は、試料91を設置して観察するためのステージであり、熱膨張率が低く(すなわち、硬く)薄い材料から構成される。試料ステージ21は、温度調整素子11と試料91との間で熱が伝わるように、一定の熱伝導率を持つ材料で構成される。
The
一例として、試料ステージ21を構成する材料は、石英ガラスまたはインバーなどを含んでもよい。
As an example, the material constituting the
あるいは、試料ステージ21を構成する材料は、熱整流性を持ってもよい。
Alternatively, the material constituting the
熱媒体31は、温度調整素子11と試料ステージ21との間にはさんで設置される。熱媒体31は、温度調整素子11と試料91との間で熱が効率的に伝わるように、熱伝導性を持つ材料で構成される。さらに熱媒体31は、温度調整素子11によって加熱または冷却されたとき変形できるように、柔軟性を持つ材料で構成される。
The
試料ステージ21は、熱膨張率が低く温度調整素子11によって加熱または冷却されたとき、熱媒体31に比べてごくわずかにしか変形しないか、またはまったく変形しない。
The
上記のように、温度調整素子11と試料91との間では、試料ステージ21および熱媒体31を介して、熱が伝わる。
As described above, heat is transferred between the
一例として、熱媒体31は、液体金属、熱伝導性グリースまたは熱伝導性ゴムなどの材料から構成されてもよい。
As an example, the
基部41は、温度調整素子11を下から支える。
The
固定治具51は、試料ステージ21を下から支える。
The fixing
断熱材61は、基部41と固定治具51との間に配置され、基部41から固定治具51に(従って、基部41から試料ステージ21に)熱が伝わることを防ぐ。
The insulating
試料観察台1においては、熱膨張または熱収縮による試料ステージ21の変動が抑制されてもよい。
In the
以下、温度調整素子11を用いて試料91を加熱する場合を例にとって、試料観察台1の動作を説明する。
Below, the operation of the
温度調整素子11が動作すると、温度調整素子11の熱は熱媒体31に伝わる。熱媒体31は、熱伝導性を持つ材料で構成されているため、温度調整素子11からの熱は試料ステージ21に伝わる。さらに熱媒体31は、柔軟性のある材料で構成されているため、加熱されると変形する。従って熱媒体31は、試料ステージ21に対してほとんど力を及ぼさない。
When the
試料ステージ21は、一定の熱伝導性を持つ薄い材料で構成されているため、熱媒体31からの熱は試料91に伝わる。これにより試料91は、熱による物理的または化学的影響を受ける。従って、外部に設置したナノ計測装置等を用いて、試料91の温度依存性等を計測することができる。
The
一方、試料ステージ21は、熱膨張率が低く、硬く薄い材料から構成される。このことと、熱媒体31の柔軟性に起因して熱媒体31から力を受けないこととにより、試料ステージ21の熱による変形は、ごくわずかでしかないか、またはまったくない。
On the other hand, the
従って、温度調整素子11により試料91を加熱しても、試料ステージ21のステージ面の熱膨張または熱収縮が抑制され、ナノ計測装置と試料91との間の距離の時間的変動が抑制される。さらに試料91と試料ステージ21との間の密着性が保たれる。その結果、計測の精度・信頼性が向上する。
Therefore, even if the
以上の説明は、温度調整素子11を用いて試料91を加熱する場合であったが、温度調整素子11を用いて試料91を冷却する場合も同様である。
The above explanation was for the case where the
以上述べたように、本実施の形態によれば、ナノ計測において、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却することができる。 As described above, according to this embodiment, in nano-measurement, the sample can be heated or cooled while suppressing the thermal expansion or contraction of the sample stage.
[従来技術との比較]
図2は、従来技術による試料観察台2を模式的に示す側面図である。試料観察台2は、温度調整素子12と、試料ステージ22と、基部42と、固定治具52と、を備える。試料ステージ22の上に、試料92が配置される。すなわち試料観察台2は、図1の試料観察台1に対して、熱媒体31を備えていない点で異なる。
[Comparison with conventional technology]
2 is a side view showing a
この場合、温度調整素子12が動作すると、温度調整素子12の熱は試料ステージ22に直接伝わる。すると、温度調整素子12および試料ステージ22は熱膨張または熱収縮し、試料ステージ22のステージ面が変位する。そして、外部のナノ計測装置82と試料92との間の距離が、時間的に変動する。その結果、計測精度・信頼性が低下する。
In this case, when the
[第2の実施の形態]
図3は、本開示の第2の実施の形態に係る試料計測装置3を模式的に示す側面図である。試料計測装置3は、図1の試料観察台1と、ナノ計測装置83と、を備えた試料計測装置である。すなわち、試料計測装置3は、試料93を加熱または冷却する温度調整素子13と、試料93を設置する試料ステージ23と、温度調整素子13と試料ステージ23との間にはさんで設置された熱伝導性の熱媒体33と、基部43と、固定治具53と、断熱材63と、ナノ計測装置83と、を備える。試料ステージ23の上に、試料93が配置される。
[Second embodiment]
Fig. 3 is a side view showing a schematic diagram of a
本実施の形態によれば、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却し、試料のナノ計測を行うことができる。 According to this embodiment, it is possible to heat or cool the sample while suppressing the thermal expansion or contraction of the sample stage, and perform nano-measurements of the sample.
ナノ計測装置83は、原子間力顕微鏡、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡またはナノインデンターのいずれかを含んでもよい。
The nano-
試料計測装置3は、レオロジーを解析することに利用されてもよい。
The
試料計測装置3は、試料93の弾性率または硬さの少なくともいずれかを解析することに利用されてもよい。
The
ナノ計測装置83は、複数のナノ計測装置を含んで構成されてもよい。
The nano-measuring
[検証実験]
本開示により実現される効果を検証するために、本発明者は、実施の形態に係る2種類の試料観察台(作成例1および作成例2)を作成し、試料の温度依存性を測定する実験を行った。
[Verification experiment]
In order to verify the effects achieved by the present disclosure, the inventors created two types of sample observation stages (Example 1 and Example 2) according to the embodiments and conducted an experiment to measure the temperature dependence of the sample.
測定対象の試料には、自動車エンジン用の潤滑油を用いた。ナノ計測装置と試料との間の距離の時間的変動を抑えることができれば、例えばナノ隙間における潤滑油のずり粘弾性の温度依存性を正確に計測することができる。ナノ計測装置として光ファイバプローブを用いた場合、力感度0.1nNのせん断力を検出するためには、0.1nm程度の隙間分解能が必要と考えられる。 Lubricating oil for automobile engines was used as the sample to be measured. If the temporal fluctuation of the distance between the nano-measurement device and the sample can be suppressed, it will be possible to accurately measure, for example, the temperature dependence of the shear viscoelasticity of the lubricating oil in a nano-gap. When an optical fiber probe is used as the nano-measurement device, a gap resolution of about 0.1 nm is thought to be necessary to detect a shear force with a force sensitivity of 0.1 nN.
[従来例]
図4は、対照実験に用いた従来技術による試料観察台4を模式的に示す側面図である。試料観察台4は、温度調整素子14と、試料ステージ24と、基部44と、固定治具54と、を備える。本例の場合、温度調整素子14はヒーターである。試料ステージ24の上に、試料94(自動車用潤滑油)が直接配置される。試料94は、ナノ計測装置84を用いて計測する。本例の場合、ナノ計測装置84は光ファイバプローブである。
[Conventional Example]
4 is a side view showing a schematic diagram of a
温度調整素子14が加熱されると、温度調整素子14および試料ステージ24は熱膨張により変形し、ナノ計測装置84と試料94との間のナノ隙間は時間的に変動する。例えばナノ隙間の変動を1nm以下に抑えるためには、温度の変動をおおよそ0.01℃以下にする必要があることが知られている。しかし実際にはこのような精密な温度制御は難しい。従って従来技術では、数10nmの隙間が発生する。
When the
[作成例1]
図5は、作成例1に係る試料観察台5を模式的に示す側面図である。試料観察台5は、温度調整素子15と、試料ステージ25と、熱媒体35と、基部45と、固定治具55と、を備える。本例の場合、温度調整素子15はヒーターである。試料ステージ25の上に、試料95(自動車エンジン用潤滑油)が直接配置される。試料95は、ナノ計測装置85を用いて計測する。本例の場合、ナノ計測装置85は光ファイバプローブである。
[Preparation Example 1]
5 is a side view showing a
熱媒体35は、熱伝導性ゴムから作られ、中空の円筒の形状をなす。この熱伝導性ゴムの熱伝導率は、6.0W/m・Kである。
The
温度調整素子15が加熱されると、熱媒体35は膨張とするとともに変形し、円筒形の半径方向につぶれていく。これにより、試料ステージ25に与えられる力が低減される。その結果、温度調整素子15の熱膨張によるナノ隙間変動は、熱媒体35の変形により吸収される。
When the
[作成例2]
図6は、作成例2に係る試料観察台6を模式的に示す側面図である。試料観察台6は、温度調整素子16と、試料ステージ26と、熱媒体36と、基部46と、固定治具56と、を備える。本例の場合、温度調整素子16はヒーターである。試料ステージ26の上に、試料96(自動車エンジン用潤滑油)が直接配置される。試料96は、ナノ計測装置86を用いて計測する。本例の場合、ナノ計測装置86は光ファイバプローブである。
[Preparation Example 2]
6 is a side view showing a
熱媒体36は、液体金属であるガリウムである。熱媒体36は、温度調整素子16と試料ステージ26との間に置かれた筐体の中に、所定の容積率(100%未満)で充填される。ガリウムの熱伝導率は、40.8W/m・Kである。これは、作成例1で用いた熱伝導性ゴムの熱伝導率の6.8倍である。
The
温度調整素子16が加熱されると、熱媒体36は膨張して筐体内の空間を埋めていく。熱媒体36の上面は、試料ステージ26に接触する。これにより、温度調整素子16の熱は、試料ステージ26に伝わる。一方、熱媒体36は、液体金属であるガリウムであるため、極めて柔軟性が高く、試料ステージ25に与えられる力は小さい。その結果、温度調整素子16の熱膨張によるナノ隙間変動は、熱媒体36の膨張により吸収される。
When the
図7に、従来例に係る試料観察台4を用いたときのナノ隙間の変動を示す。横軸は時間であり(単位は、秒)、縦軸はナノ隙間の鉛直方向の大きさである。
Figure 7 shows the variation in nano-gap when using the conventional
図7には、加熱温度を40℃に設定したときの結果を示す。ナノ隙間の大きさは、加熱後、約30秒周期で、約40nmと約200nmの間でゆらいでいることが分かる。こうしたゆらぎは、計測の精度・信頼性を低下させる原因となる。 Figure 7 shows the results when the heating temperature was set to 40°C. It can be seen that the size of the nano-gap fluctuates between approximately 40 nm and approximately 200 nm in a cycle of approximately 30 seconds after heating. Such fluctuations can cause a decrease in the accuracy and reliability of the measurement.
図8に、第1の作成例に係る試料観察台5を用いたときのナノ隙間の変動を示す。横軸は時間であり(単位は、秒)、縦軸はナノ隙間の鉛直方向の大きさである。
Figure 8 shows the variation in nanogap when using the
図8には、加熱温度をそれぞれ40℃、60℃、80℃に設定したときの結果を示す。ナノ隙間の大きさは、加熱後、550秒でピークに達した後、徐々に減少し、12,000秒~16,000秒でほぼ安定している。この点で、図7の場合と大きく異なる。すなわちナノ隙間の安定性は、従来例に比べて大きく改善されている。しかしながら安定状態に到達した後も、特に高温では時間的なゆらぎが残る点ではまだ改善の余地が残る。 Figure 8 shows the results when the heating temperatures were set to 40°C, 60°C, and 80°C. The size of the nanogaps peaks 550 seconds after heating, then gradually decreases and becomes almost stable between 12,000 and 16,000 seconds. In this respect, it differs greatly from the case of Figure 7. In other words, the stability of the nanogaps is greatly improved compared to the conventional example. However, even after reaching a stable state, there is still room for improvement in that temporal fluctuations remain, especially at high temperatures.
図9に、第2の作成例に係る試料観察台6を用いたときのナノ隙間の変動を示す。横軸と縦軸の意味と単位は、図8と同じである。
Figure 9 shows the variation in nano-gap when using the
図8と同様に、図9には、加熱温度をそれぞれ40℃、60℃、80℃に設定したときの結果を示す。ナノ隙間の大きさは、加熱後、増加を続けた後、5,000秒~8,000秒でほぼ安定する。図8と比べると、図9では、安定状態に到達した後の時間的なゆらぎが遥かに小さいことが見て取れる。 As with Figure 8, Figure 9 shows the results when the heating temperature was set to 40°C, 60°C, and 80°C. After heating, the size of the nanogap continues to increase, and then becomes almost stable between 5,000 and 8,000 seconds. Compared to Figure 8, Figure 9 shows that the temporal fluctuations after reaching a stable state are much smaller.
図10に、作成例1および作成例2に関し、加熱後10,000秒から10,100秒までのナノ隙間の時間的変化を示す(加熱温度は80℃)。図示されるように、作成例1では、ナノ隙間は、数nmで変動しながら徐々に増加している。一方、作成例2では、ナノ隙間は、変動が1nm以下に抑えられたまま、一定の大きさを保っている。すなわち、作成例2では、ナノ測定の目標であるナノ隙間の変動が1nm以下である条件が満足されている。 Figure 10 shows the change in nanogap over time from 10,000 seconds to 10,100 seconds after heating for Preparation Example 1 and Preparation Example 2 (heating temperature: 80°C). As shown in the figure, in Preparation Example 1, the nanogap gradually increases while fluctuating by a few nm. On the other hand, in Preparation Example 2, the nanogap maintains a constant size with fluctuations kept to less than 1 nm. In other words, Preparation Example 2 meets the condition of nanogap fluctuations of less than 1 nm, which is the target of nano measurement.
上記のように、作成例1と作成例2とで、ナノ隙間の変動に差があるのは、主に熱媒体の熱伝導率の違いによるものと考えられる。 As mentioned above, the difference in the variation of the nano-gaps between Example 1 and Example 2 is thought to be mainly due to the difference in the thermal conductivity of the heat transfer medium.
[本開示の各態様]
以下、本開示の各態様についてまとめる。本開示のある態様の試料観察台は、試料を加熱または冷却可能なナノ計測用の試料観察台であって、試料を加熱または冷却する温度調整素子と、試料を設置する試料ステージと、温度調整素子と試料ステージとの間にはさんで設置された熱伝導性および柔軟性を持つ熱媒体と、を備える。
[Each aspect of the present disclosure]
The following summarizes each aspect of the present disclosure: A sample observation stage according to one aspect of the present disclosure is a sample observation stage for nano-measurement capable of heating or cooling a sample, and includes a temperature adjustment element for heating or cooling the sample, a sample stage on which the sample is placed, and a heat medium having thermal conductivity and flexibility that is sandwiched between the temperature adjustment element and the sample stage.
この態様によれば、ナノ計測において、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却することのできる試料観察台を提供することができる。 According to this aspect, it is possible to provide a sample observation stage that can heat or cool a sample while suppressing thermal expansion or contraction of the sample stage in nano-measurement.
ある態様では、熱媒体を構成する材料は、液体金属、熱伝導性グリースまたは熱伝導性ゴムのいずれかを含む。 In one embodiment, the material constituting the heat transfer medium includes either liquid metal, thermally conductive grease, or thermally conductive rubber.
この態様によれば、好適な材料を特定して熱媒体を作成することができる。 According to this aspect, it is possible to identify suitable materials and create a heat transfer medium.
ある態様では、温度調整素子は、ヒーターまたはペルチェ素子を含む。 In one embodiment, the temperature adjustment element includes a heater or a Peltier element.
この態様によれば、好適な材料を特定して温度調整素子を作成することができる。 According to this aspect, it is possible to identify suitable materials and create a temperature adjustment element.
ある態様では、試料ステージを構成する材料は、石英ガラスまたはインバーを含む。 In one embodiment, the material that makes up the sample stage includes quartz glass or Invar.
この態様によれば、好適な材料を特定して試料ステージを作成することができる。 According to this aspect, it is possible to identify a suitable material and create a sample stage.
ある態様では、試料ステージを構成する材料は、熱整流性を持つ。 In one embodiment, the material that makes up the sample stage has thermal rectification properties.
この態様によれば、試料ステージに熱整流性を持たせることができるので、応用範囲が広がる。 This aspect allows the sample stage to have thermal rectification properties, expanding the range of applications.
ある態様では、熱膨張または熱収縮による試料ステージの変動が抑制される。 In one embodiment, movement of the sample stage due to thermal expansion or contraction is suppressed.
この態様によれば、ナノ計測における、試料の温度依存性等の測定精度および測定の信頼性が向上する。 This aspect improves the measurement accuracy and reliability of the temperature dependence of the sample in nano-measurement.
ある態様では、温度調整素子は、複数のコンピュータプログラムによって制御される。 In one embodiment, the temperature adjustment element is controlled by multiple computer programs.
この態様によれば、温度調子素子の温度制御を高い精度で行うことができる。 This aspect allows the temperature of the temperature control element to be controlled with high precision.
本開示のある態様の試料計測装置は、上記のいずれかの態様の試料観察台と、ナノ計測装置と、を備える。 A sample measurement device according to one embodiment of the present disclosure includes a sample observation stage according to any of the above embodiments and a nano-measurement device.
この態様によれば、試料ステージの熱膨張または熱収縮を抑制しつつ、試料を加熱または冷却し、試料のナノ計測を行うことができる。 According to this aspect, it is possible to heat or cool the sample while suppressing the thermal expansion or contraction of the sample stage, and perform nano-measurement of the sample.
ある態様では、ナノ計測装置は、原子間力顕微鏡、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡またはナノインデンターのいずれかを含む。 In one embodiment, the nano-measurement device includes any of an atomic force microscope, an optical microscope, a laser microscope, an electron microscope, or a nanoindenter.
この態様によれば、好適なナノ計測装置を特定して試料計測装置を製造することができる。 According to this aspect, it is possible to identify a suitable nano-measurement device and manufacture a sample measurement device.
ある態様では、試料計測装置は、レオロジーを解析することに用いられる。 In one embodiment, the sample measurement device is used to analyze rheology.
この態様によれば、ナノ計測により、高精度のレオロジー解析を実現することができる。 According to this aspect, highly accurate rheological analysis can be achieved through nano-measurement.
ある態様では、試料計測装置は、試料の弾性率または硬さを解析することに用いられる。 In one embodiment, the sample measurement device is used to analyze the elastic modulus or hardness of a sample.
この態様によれば、ナノ計測により、ナノ計測により、高精度に試料の弾性率または硬さを解析することができる。 According to this aspect, the elastic modulus or hardness of a sample can be analyzed with high accuracy by nano-measurement.
ある態様では、ナノ計測装置は、複数のナノ計測装置を含む。 In one embodiment, the nano-measurement device includes multiple nano-measurement devices.
この態様によれば、複数のナノ計測装置を用いて、高精度のナノ計測を実現することができる。 According to this aspect, it is possible to achieve highly accurate nano-measurement using multiple nano-measurement devices.
以上、本開示のいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本開示の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本開示の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。 The above describes several embodiments of the present disclosure. These embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present disclosure, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present disclosure. Therefore, the descriptions and drawings in this specification should be treated as illustrative rather than restrictive.
上述した各実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本開示の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる各実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present disclosure. A new embodiment resulting from the combination has the combined effects of each of the combined embodiments and modifications.
実施の形態および変形例を抽象化した技術的思想を理解するにあたり、その技術的思想は実施の形態および変形例の内容に限定的に解釈されるべきではない。前述した実施の形態および変形例は、いずれも具体例を示したものにすぎず、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施の形態」との表記を付して強調している。しかしながら、そのような表記のない内容でも設計変更が許容されることは言うまでもない。 When understanding the technical ideas that abstract the embodiments and variations, the technical ideas should not be interpreted as being limited to the contents of the embodiments and variations. The embodiments and variations described above are merely illustrative examples, and many design changes are possible, such as changing, adding, or deleting components. In the embodiments, the contents in which such design changes are possible are emphasized by adding the notation "embodiment". However, it goes without saying that design changes are also permitted even in contents that are not so notated.
本開示の試料観察台および試料計測装置は、ナノ計測において、試料を加熱または冷却し、その温度依存性等を測定することに利用することができる。 The sample observation stage and sample measurement device disclosed herein can be used in nano-measurements to heat or cool a sample and measure its temperature dependence, etc.
1・・試料観察台、
2・・試料観察台、
3・・試料計測装置、
4・・試料観察台、
5・・試料観察台、
6・・試料観察台、
11・・温度調整素子、
12・・温度調整素子、
13・・温度調整素子、
14・・温度調整素子、
15・・温度調整素子、
16・・温度調整素子、
21・・試料ステージ、
22・・試料ステージ、
23・・試料ステージ、
24・・試料ステージ、
25・・試料ステージ、
26・・試料ステージ、
31・・熱媒体、
33・・熱媒体、
35・・熱媒体、
36・・熱媒体、
41・・基部、
42・・基部、
43・・基部、
44・・基部、
45・・基部、
46・・基部、
51・・固定治具、
52・・固定治具、
53・・固定治具、
54・・固定治具、
55・・固定治具、
56・・固定治具、
61・・断熱材、
63・・断熱材、
82・・ナノ計測装置、
83・・ナノ計測装置、
84・・ナノ計測装置、
85・・ナノ計測装置、
86・・ナノ計測装置、
91・・試料、
92・・試料、
93・・試料、
94・・試料、
95・・試料、
96・・試料。
1. Sample observation stand,
2. Sample observation table,
3. Sample measuring device,
4. Sample observation stand,
5. Sample observation stand,
6. Sample observation stand,
11...Temperature adjustment element,
12...Temperature adjustment element,
13...Temperature adjustment element,
14. Temperature adjustment element,
15...Temperature adjustment element,
16...Temperature adjustment element,
21: Sample stage
22: Sample stage,
23: Sample stage,
24: Sample stage,
25: Sample stage,
26: Sample stage,
31. Heat transfer medium,
33. Heat transfer medium,
35. Heat transfer medium,
36... Heat transfer medium,
41: Base,
42: Base,
43... base,
44: Base,
45... base,
46: Base,
51: Fixing jig,
52: Fixing jig,
53: Fixing jig,
54: Fixing jig,
55: Fixing jig,
56: Fixing jig,
61. Thermal insulation material,
63. Thermal insulation material,
82: Nano measurement device,
83. Nano measurement device,
84. Nano measurement device,
85. Nano measurement device,
86: Nano measurement device,
91... Sample,
92. Sample,
93. Sample,
94. Sample,
95. Sample,
96...Sample.
Claims (12)
試料を加熱または冷却する温度調整素子と、
前記試料を設置する試料ステージと、
前記温度調整素子と前記試料ステージとの間にはさんで設置された、熱伝導性および柔軟性を持つ熱媒体と、
を備え、
前記熱媒体の熱伝導率は、前記試料ステージの熱伝導率より高いことを特徴とする試料観察台。 A sample observation stage for nano-measurement capable of heating or cooling a sample,
A temperature control element for heating or cooling the sample;
A sample stage on which the sample is placed;
a heat medium having thermal conductivity and flexibility, which is disposed between the temperature control element and the sample stage;
Equipped with
A sample observation stage, characterized in that the thermal conductivity of the heat medium is higher than the thermal conductivity of the sample stage.
ナノ計測装置と、
を備えることを特徴とする試料計測装置。 A sample observation stage according to claim 1 or 2;
A nano-measuring device;
A sample measuring device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022175241A JP2024066035A (en) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | Sample observation stand and sample measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022175241A JP2024066035A (en) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | Sample observation stand and sample measurement device |
Publications (1)
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