JP2919997B2 - Scanning tunnel microscope measurement method - Google Patents

Scanning tunnel microscope measurement method

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JP2919997B2 JP12917091A JP12917091A JP2919997B2 JP 2919997 B2 JP2919997 B2 JP 2919997B2 JP 12917091 A JP12917091 A JP 12917091A JP 12917091 A JP12917091 A JP 12917091A JP 2919997 B2 JP2919997 B2 JP 2919997B2
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
の測定方法に係り、特に、高速測定及び広域測定を行え
る走査型トンネル顕微鏡おいて試料表面に対し探針を高
速接近できる走査型トンネル顕微鏡の測定方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning tunneling microscope, and more particularly to a scanning tunneling microscope capable of performing high-speed and wide-area measurements. The measurement method.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(以下ではSTM
と記す)の一般的構成については、例えば、特開昭61
−220260号公報、特開昭61−206148号公
報、又はPhysical Review Letter,49(1982) pp57〜61等
の文献に記述されている。
2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM)
) Is described in, for example,
-220260, JP-A-61-206148, or Physical Review Letter, 49 (1982) pp. 57-61.

【0003】またSTMで測定の高速化と広域化を図る
ために、試料の測定表面における探針の走査移動につい
て、探針を、試料表面の凹凸に比較して充分に大きな距
離だけ離し、試料表面において測定を行うための測定場
所を離散的に決定し、これらの測定場所間をほぼ直線的
に移動させ、更に測定時には各測定場所で、探針を試料
表面に向かって接近動作させ、トンネル電流の測定の後
に、再び走査移動路の位置まで退避させるように構成し
たSTMが存在する(特開平1−169304号公報、
特開平2−5340号公報等)。
In order to increase the speed of measurement and increase the area over the STM, the scanning movement of the probe on the measurement surface of the sample should be separated by a sufficiently large distance compared to the irregularities on the sample surface. Measurement locations for performing measurements on the surface are discretely determined, and these measurement locations are moved almost linearly.At the time of measurement, the probe is moved toward the sample surface at each measurement location, and the tunnel is moved. There is an STM configured to retreat to the position of the scanning movement path after measuring the current (Japanese Patent Laid-Open No. 1-169304,
JP-A-2-5340).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】探針の走査移動の高速
化による測定の高速化及び測定領域の広域化を企図した
後者の2つの前記文献に開示されるSTMでは、測定場
所間の探針の移動を、試料表面から離れた走査移動路の
場所で行うようにしたため、必然的に、走査移動路と試
料表面近傍の場所との間を移動する動作が含まれる。従
って、測定全体の高速化を達成するためには、探針の試
料表面への接近移動の高速化を図ることが必要である。
The STM disclosed in the latter two documents, which aims to increase the speed of measurement and increase the area of the measurement area by accelerating the scanning movement of the probe, employs a probe between measurement locations. Is moved at a location on the scanning path away from the sample surface, which necessarily includes an operation of moving between the scanning path and a location near the sample surface. Therefore, it is necessary to speed up the movement of the probe approaching the sample surface in order to speed up the entire measurement.

【0005】本発明の目的は、試料表面から離れた位置
で探針の走査移動を行うように構成されたSTMにおい
て、試料表面への探針の高速接近を企図したSTMの測
定方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of measuring an STM in which the probe is moved at a position distant from the sample surface in a scanning manner so that the probe approaches the sample surface at high speed. It is in.

【0006】本発明の更なる目的は、試料表面に対して
高速で接近させた探針を停止させる時に振動が発生しな
いようにしたSTMの測定方法を提供することにある。
It is a further object of the present invention to provide a method for measuring an STM in which vibration is not generated when a probe approaching a sample surface at high speed is stopped.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係るSTMの測
定方法は、試料表面で離散的に複数の測定場所を定め、
試料表面の凹凸に比較し充分に離れた位置で測定場所の
間を直線的に探針の走査移動を行い、測定場所のそれぞ
れに対応する走査移動路上の位置で、探針を、試料表面
に接近させ、トンネル電流を測定した後に停止させ、そ
の後走査移動路上の位置に退避させ、再び走査移動を行
い、各測定場所で測定のための接近動作を行う走査型ト
ンネル顕微鏡の測定方法において、各測定場所における
探針の試料表面への接近は、検出電流がない又は小さい
時は高速の速度で接近し、検出電流が大きくになるにつ
れ速度がゆっくりになるような比例制御で接近し、基準
位置で積分制御に切換えて接近を行い、最終的に停止す
ることを特徴とする。
According to the STM measuring method of the present invention, a plurality of measuring locations are discretely determined on a sample surface,
Scan the probe linearly between the measurement locations at a position sufficiently far away from the unevenness of the sample surface, and move the probe to the sample surface at the position on the scanning path corresponding to each of the measurement locations. Approach, stop after measuring the tunnel current, then retreat to a position on the scanning path, perform scanning again, in the measuring method of the scanning tunneling microscope to perform the approaching operation for measurement at each measurement location, The probe approaches the sample surface at the measurement location at a high speed when there is no or small detection current, and approaches with a proportional control so that the speed decreases as the detection current increases. And switches to integral control to approach and finally stop.

【0008】[0008]

【作用】本発明によるSTMの測定方法では、所定距離
をあけて離散的に設定された複数の測定場所のそれぞれ
において、探針が試料表面に接近動作を行う時、初期の
段階では高速接近、中間部で探針と試料の距離に比例し
た比例接近、最終段で積分接近を行うようにしたため、
全体として高速の接近であって振動を起こすことなく安
定して試料表面に対し所定位置に停止することができ、
各測定場所において高速接近を可能にする。従って、S
TMによる測定において、より一層の高速化を図ること
ができる。
In the STM measuring method according to the present invention, when the probe performs an approaching operation on the sample surface at each of a plurality of discretely set measurement locations at a predetermined distance, a high-speed approach is performed in an initial stage. In the middle part, a proportional approach proportional to the distance between the probe and the sample is performed, and an integral approach is performed in the final stage.
It is a high-speed approach as a whole and can stably stop at a predetermined position with respect to the sample surface without causing vibration,
Enables high-speed access at each measurement location. Therefore, S
In the measurement by TM, the speed can be further increased.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1は本発明に係るSTMの測定方法によ
る探針の移動軌跡を示す図、図2は探針の試料表面への
接近動作を、探針位置と探針の移動速度とトンネル電流
との関係にて示した図、図3は探針の接近動作を制御す
る装置構成の要部を示す図、図4は接近動作の制御手順
を示すフローチャートである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing the movement trajectory of a probe according to the STM measurement method according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the approach operation of the probe to the sample surface, the relationship between the probe position, the probe movement speed, and the tunnel current. FIG. 3 is a diagram showing a main part of a device configuration for controlling the approach operation of the probe, and FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of the approach operation.

【0010】図1において、1は測定対象である試料表
面の一部を示し、この試料表面1は凹凸を有する。この
凹凸形状がSTMによる測定の対象となる。STMで
は、探針が試料表面1に所定の距離接近した時に探針と
試料の間で流れるトンネル電流を利用して試料表面1の
凹凸形状を測定する。2はSTMの探針で、STMのそ
の他の一般的構成の図示は、当業者にとって既知である
ので、省略される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a part of the surface of a sample to be measured, and the sample surface 1 has irregularities. This uneven shape is an object to be measured by the STM. In the STM, the irregular shape of the sample surface 1 is measured by using a tunnel current flowing between the probe and the sample when the probe approaches the sample surface 1 by a predetermined distance. Reference numeral 2 denotes an STM probe, and the illustration of other general structures of the STM is omitted since it is known to those skilled in the art.

【0011】ここで、典型的なSTMの構成及び作用を
参考のために概説する。STMは、探針と、この探針を
支持し且つ試料に対する接近・退避方向(Z方向)及び
試料表面に沿う走査方向(X,Y方向)に移動させる微
動用移動機構と、探針が試料に所定距離接近した時に探
針にトンネル電流を流すためのバイアス電圧を発生する
ための電源と、このトンネル電流を検出するためのトン
ネル電流検出部と、検出されたトンネル電流を所定の電
気信号に変換し、この電気信号に基づき前記移動機構の
Z方向用アクチュエータを駆動して探針と試料表面の距
離を一定に制御するサーボ制御部と、前記移動機構のX
Y方向用アクチュエータを駆動して探針の走査移動を制
御する走査制御部と、前記サーボ制御部及び走査制御部
の制御信号を取り込み探針の位置に関するデータを処理
して試料の凹凸表面のデータを演算し、画像データを作
成する信号処理部と、信号処理部の画像データに基づき
試料表面の画像を表示する表示部とから構成される。前
記トンネル電流検出部で検出されるトンネル電流を一定
値に設定し、探針を試料表面に沿って走査する時に検出
されるトンネル電流が前記一定値に保持されるように、
前記Z方向用アクチュエータを制御する。こうして、探
針を試料表面の凹凸に沿って走査移動させると、探針は
試料表面に対して一定値のトンネル電流に対応する距離
を保持して移動する。この状態を、図5の移動軌跡4に
よって示す。従って試料表面1に沿って連続的に移動す
る探針2のZ方向の位置データの中から、定期的に位置
データをサンプリングすることによって、試料の凹凸情
報を得ることができる。図5において、複数の点5はサ
ンプリングを行う測定場所を示している。
Here, the configuration and operation of a typical STM will be outlined for reference. The STM includes a probe, a movement mechanism for fine movement that supports the probe and moves the probe in an approaching / retreating direction (Z direction) with respect to the sample and in a scanning direction (X, Y directions) along the sample surface. A power supply for generating a bias voltage for causing a tunnel current to flow through the probe when approaching a predetermined distance to the probe, a tunnel current detection unit for detecting the tunnel current, and converting the detected tunnel current into a predetermined electric signal. And a servo controller for driving the Z-direction actuator of the moving mechanism based on the electric signal to control the distance between the probe and the sample surface to be constant.
A scanning control unit for controlling the scanning movement of the probe by driving an actuator for the Y direction; taking in control signals of the servo control unit and the scanning control unit; processing data relating to the position of the probe; And a signal processing unit that generates image data by calculating the image data, and a display unit that displays an image of the sample surface based on the image data of the signal processing unit. The tunnel current detected by the tunnel current detection unit is set to a constant value, so that the tunnel current detected when scanning the probe along the sample surface is held at the constant value,
The actuator for the Z direction is controlled. Thus, when the probe is scanned and moved along the irregularities on the sample surface, the probe moves while maintaining a distance corresponding to a constant value of tunnel current with respect to the sample surface. This state is shown by the movement trajectory 4 in FIG. Therefore, by periodically sampling the position data from the Z-direction position data of the probe 2 continuously moving along the sample surface 1, it is possible to obtain the unevenness information of the sample. In FIG. 5, a plurality of points 5 indicate measurement locations where sampling is performed.

【0012】前記のSTMの装置構成に対し、本発明に
よるSTMも基本的に同じ装置構成を有する。相違する
点は、探針1の移動の仕方である。従って、探針1をZ
方向又はXY方向に移動させる移動機構の動作制御の仕
方が異なることになる。本発明による探針1の移動の仕
方は、図1に示した探針2の移動軌跡3より明らかであ
る。
In contrast to the above-described STM device configuration, the STM according to the present invention has basically the same device configuration. The difference is in the way the probe 1 moves. Therefore, the probe 1 is
The way of controlling the operation of the moving mechanism for moving in the direction or the XY direction is different. The manner of movement of the probe 1 according to the present invention is clear from the movement trajectory 3 of the probe 2 shown in FIG.

【0013】図1の示した探針2の移動軌跡3では、便
宜上、X方向の走査移動軌跡3aとZ方向の接近・退避
移動の軌跡3bが示されている。探針2の移動軌跡3で
明らかなように、探針2は、試料表面1の凹凸から充分
に離れた一定の高さの位置でX方向(又はY方向)に走
査のための移動を行うように位置制御が行われると共
に、その走査移動の経路において、予め定められた一定
距離間隔で離散的に複数の測定場所S1,S2,・・が
決定されている。従って探針2の走査移動では、試料表
面1から離れた空間で二次元平面にて測定場所S1,S
2,・・・の間を直線的に高速に移動する。この移動部
分が、前記の走査移動軌跡3aである。また各測定場所
S1,S2,・・で、探針2は試料表面1に向かって、
予め定められた所定値のトンネル電流を検出するため
に、接近する動作を行い、当該トンネル電流の検出の後
には、測定点で停止した後に試料表面1の近傍の測定点
から離反し、走査移動路の一定の高さ位置まで退避す
る。そして、再び次の測定場所までの走査移動が行われ
る。探針2の接近動作は、試料に接近した探針2と試料
表面1との間に流れるトンネル電流が一定値になるよう
に制御されるため、各測定場所における探針2の試料表
面1への最終的接近位置と試料表面1との距離は一定値
L1になる。従って、探針2の試料表面1への最終的接
近位置は、図1に示されるように、試料表面1の凹凸形
状に対応して決定される。従って、各測定場所における
探針2の試料表面1への最終的な接近位置データによっ
て試料表面1の凹凸データを得ることができる。本発明
によるSTMの測定方法では、各測定場所における探針
2の試料表面1への接近動作が、次に説明されるよう
に、高速に行われる。
The movement locus 3 of the probe 2 shown in FIG. 1 shows a scanning movement locus 3a in the X direction and a locus 3b of approach / retreat movement in the Z direction for convenience. As is apparent from the movement trajectory 3 of the probe 2, the probe 2 moves for scanning in the X direction (or Y direction) at a position at a certain height sufficiently away from the unevenness of the sample surface 1. As described above, the position control is performed, and a plurality of measurement locations S1, S2,... Are discretely determined at predetermined fixed distance intervals in the scanning movement path. Therefore, in the scanning movement of the probe 2, the measurement locations S1, S
It moves linearly at high speed between 2,. This moving portion is the above-described scanning movement locus 3a. At each of the measurement locations S1, S2,..., The probe 2 moves toward the sample surface 1,
An approach operation is performed to detect a tunnel current having a predetermined value, and after the detection of the tunnel current, after stopping at the measurement point, moving away from the measurement point near the sample surface 1 and performing scanning movement. Retreat to a certain height on the road. Then, the scanning movement to the next measurement place is performed again. The approach operation of the probe 2 is controlled so that the tunnel current flowing between the probe 2 approaching the sample and the sample surface 1 becomes a constant value, so that the probe 2 approaches the sample surface 1 at each measurement location. The distance between the final approach position and the sample surface 1 is a constant value L1. Therefore, the final approach position of the probe 2 to the sample surface 1 is determined according to the uneven shape of the sample surface 1 as shown in FIG. Therefore, the data of the unevenness of the sample surface 1 can be obtained from the final approach position data of the probe 2 to the sample surface 1 at each measurement location. In the STM measurement method according to the present invention, the operation of approaching the probe 2 to the sample surface 1 at each measurement location is performed at high speed as described below.

【0014】各測定場所における探針2の接近動作を、
図2及び図3に基づき説明する。図2において横軸は試
料に接近する探針2の試料表面1に対する位置(試料表
面との距離;Z)を表し、左側縦軸はトンネル電流
(I)を表し、右側縦軸は探針2の移動速度(V)を表
す。またZS はトンネル電流の検出を開始する位置、Z
L は探針2の制御方式を変更する基準位置、ZK は探針
2を停止させる目標位置を表す。開始位置ZS にはトン
ネル電流IS が対応し、基準位置ZL にはトンネル電流
L が対応し、停止目標位置ZK にはトンネル電流IK
が対応する。図3に示すように、探針2の接近動作は、
前述のトンネル電流検出部6、信号変換部7及びサーボ
制御部8、更に探針2の接近動作を制御するための制御
手順等を格納したメモリ9及び演算処理部10による制
御に基づいて行われる。なお11は探針2をZ方向に移
動させるためのアクチュエータである。前記のZ方向の
各位置ZS ,ZL ,ZK は、検出されるトンネル電流に
よって見出され、トンネル電流検出部6で検出されるト
ンネル電流値を確認しながら、それぞれの設定値Is,
L ,IK になった時、対応する制御が演算処理部10
によって実行される。図2において、実線で示されたグ
ラフ12は探針2が試料表面1に接近する時に探針2に
よって検出されるトンネル電流の変化特性を示し、破線
で示されたグラフ13は、探針2が試料表面1に接近す
る時の探針2の移動速度の変化特性を示している。
The approach operation of the probe 2 at each measurement location is
This will be described with reference to FIGS. 2, the horizontal axis represents the position of the probe 2 approaching the sample with respect to the sample surface 1 (distance from the sample surface; Z), the left vertical axis represents the tunnel current (I), and the right vertical axis represents the probe 2 Represents the moving speed (V) of the object. Z S is the position where the detection of the tunnel current is started, Z Z
L is the reference position for changing the control method of the probe 2, Z K represents a target position to stop the probe 2. The start position Z S corresponds to the tunnel current I S , the reference position Z L corresponds to the tunnel current I L , and the stop target position Z K corresponds to the tunnel current I K.
Corresponds. As shown in FIG. 3, the approach operation of the probe 2 is
The control is performed based on the control by the above-described tunnel current detection unit 6, signal conversion unit 7, servo control unit 8, memory 9 storing a control procedure for controlling the approaching operation of the probe 2, and the like, and an arithmetic processing unit 10. . Reference numeral 11 denotes an actuator for moving the probe 2 in the Z direction. The positions Z S , Z L , and Z K in the Z direction are found by the detected tunnel current, and while checking the tunnel current value detected by the tunnel current detection unit 6, the respective set values Is,
I L, when it is I K, corresponding control processing unit 10
Performed by In FIG. 2, a graph 12 indicated by a solid line indicates a change characteristic of a tunnel current detected by the probe 2 when the probe 2 approaches the sample surface 1, and a graph 13 indicated by a broken line indicates 2 shows the change characteristics of the moving speed of the probe 2 when the probe approaches the sample surface 1.

【0015】各測定場所における本発明による探針2の
試料表面1への接近動作では、図2の速度特性13で明
らかなように、トンネル電流IS が検出される位置ZS
までの区間は高速の定速度VS で移動し、トンネル電流
S を検出した後には、トンネル電流IL が検出される
までの区間ZS L で、探針2と試料表面1との距離に
比例して移動速度を低下させるという比例制御が行われ
る。トンネル電流IL が検出された後には、制御方式が
前記の比例制御から積分制御に切り換えられ、区間ZL
K では積分制御が行われ、大きな減速で急速に探針2
は目標位置ZK で停止する。この積分制御では、検出さ
れたトンネル電流値に関して位置積分を行い、予め設定
された一定値と積分値との偏差を求め、この偏差値に対
応する速度を探針2の移動速度として与える制御が行わ
れる。従って探針2は目標位置ZK で、振動することな
く停止する。そして、停止後には、探針2は高速で、接
近を開始した走査移動路上の位置に戻る。上記において
高速な一定速度VS 、比例制御の決定する比例係数等の
比例条件、積分制御のための積分条件等は、各測定の条
件に応じて予め決定される。
In the approach operation of the probe 2 to the sample surface 1 according to the present invention at each measurement location, as is apparent from the speed characteristic 13 in FIG. 2, the position Z S at which the tunnel current I S is detected.
Section up is moving at a high speed constant velocity V S, after detecting a tunnel current I S is the section Z S Z L to the tunnel current I L is detected, the probe 2 and the sample surface 1 Proportional control is performed to decrease the moving speed in proportion to the distance. After the detection of the tunnel current I L , the control method is switched from the above-mentioned proportional control to the integral control, and the section Z L
Z K the integral control is performed, rapid probe 2 with large reduction
Stops at the target position Z K. In this integration control, position integration is performed with respect to the detected tunnel current value, a deviation between a predetermined constant value and an integral value is obtained, and a speed corresponding to the deviation value is given as a moving speed of the probe 2. Done. Therefore the probe 2 at the target position Z K, stops without vibration. Then, after stopping, the probe 2 returns to the position on the scanning movement path at which the approach started at high speed. In the above description, the high-speed constant speed V S , proportional conditions such as a proportional coefficient determined by the proportional control, integration conditions for the integral control, and the like are determined in advance in accordance with the conditions of each measurement.

【0016】上記の探針2の接近動作の制御において、
区間ZS L で比例制御が行われるが、この比例制御は
基準位置ZL で積分制御に切り換えられる。この基準位
置ZL の設定は、停止目標位置ZK に対して所要の変位
量の考慮して適宜に設定される。基準位置ZK を検出後
の移動制御では、前述の通り積分制御が実行される。こ
うして、探針2は、最初急速に接近し、次第に速度を減
少し、基準位置から速度の低下率が減少し、短時間で目
標位置に停止する。特に、制御の切換え点で加速度を滑
らかに変化するように設定でき、また目標位置に停止す
る時も速度を漸減して停止するので、振動の発生を抑制
することができる。
In the control of the approach operation of the probe 2 described above,
The proportional control is performed in the section Z S Z L , and the proportional control is switched to the integral control at the reference position Z L. The setting of the reference position Z L is appropriately set in consideration of a required displacement with respect to the target stop position Z K. The mobile control after detecting the reference position Z K, as described above integral control is executed. In this way, the probe 2 first approaches rapidly, gradually decreases in speed, the rate of decrease in speed from the reference position decreases, and stops at the target position in a short time. In particular, the acceleration can be set to change smoothly at the control switching point, and when stopping at the target position, the speed is gradually reduced to stop, so that generation of vibration can be suppressed.

【0017】図4は上記の接近動作の制御手順で示した
フローチャートである。最初のステップ21では接近動
作のための諸条件が入力される。この入力動作は、操作
者が図3に示す入力装置14を用いて行う。ステップ2
2〜29のプロセス30が各測定場所で実行される探針
の接近動作である。ステップ23ではサーボ制御系がオ
ンされ、接近動作が開始される。最初の段階では高速の
一定速度で接近する(ステップ23)。この接近動作
は、トンネル電流ISが検出されるまで継続される(ス
テップ24)。トンネル電流ISの検出後には、速度の
連続性を保持した状態で、前記の比例制御に移行する
(ステップ25)。この比例制御は、トンネル電流IL
が検出されるまで継続される(ステップ26)。トンネ
ル電流ILの検出後には前記の積分制御が実行される
(ステップ27)。前記の偏差がゼロになるように速度
制御を行う。偏差ゼロの時点で探針の速度はゼロにな
り、探針は停止する(ステップ28)。その後には、サ
ーボ制御系をオフし、高速で退避動作を行い、最初の試
料表面から離れた走査軌道上の位置に戻る。
FIG. 4 is a flowchart showing the control procedure of the approach operation described above. In the first step 21, various conditions for the approach operation are input. This input operation is performed by the operator using the input device 14 shown in FIG. Step 2
Processes 2 to 29 are approaching operations of the probe executed at each measurement location. In step 23, the servo control system is turned on, and the approach operation is started. In the first stage, the vehicle approaches at a high constant speed (step 23). This approach operation is continued until the tunnel current IS is detected (Step 24). After the detection of the tunnel current IS, the process proceeds to the above-described proportional control while maintaining the continuity of the speed (step 25). This proportional control is based on the tunnel current IL
Is continued until is detected (step 26). After the detection of the tunnel current IL, the above-described integration control is executed (step 27). Speed control is performed so that the deviation becomes zero. When the deviation is zero, the speed of the probe becomes zero, and the probe stops (step 28). Thereafter, the servo control system is turned off, the retreat operation is performed at a high speed, and the position returns to the first position on the scanning track separated from the sample surface.

【0018】上記の制御において、サーボ制御部8はデ
ジタルサーボ方式で構成されることが望ましい。
In the above control, it is desirable that the servo control section 8 is constituted by a digital servo system.

【0019】上記の制御方式で探針2を試料表面1に接
近させると、従来の制御方式に比較して、同一条件の接
近動作において接近に要する時間を、例えば四分の一程
度短縮することができる。
When the probe 2 is brought closer to the sample surface 1 by the above-described control method, the time required for the approach in the approach operation under the same conditions can be shortened by, for example, about a quarter as compared with the conventional control method. Can be.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、試料の表面から充分に離れた場所で高速に移動
し、測定場所で試料表面に接近して試料表面の凹凸情報
を得るように構成されたSTMにおいて、各測定場所で
の探針の接近動作でも、高速の接近を行えるようにした
ため、全体として高速な測定を行うことができる。更
に、探針の接近動作で、かかる高速化を実行しても、振
動を起こすことなく、安定して停止させることができ、
確実な測定を行うことができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the object moves at a high speed at a place sufficiently distant from the surface of the sample, and approaches the surface of the sample at the measuring position to obtain information on the unevenness of the sample surface. In the STM configured as described above, high-speed approach can be performed even in the approach operation of the probe at each measurement location, so that high-speed measurement can be performed as a whole. Furthermore, even if such a high speed is executed by the approach operation of the probe, it can be stopped stably without causing vibration,
Reliable measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるSTMの測定方法の探針の移動軌
跡を示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a movement locus of a probe in an STM measuring method according to the present invention.

【図2】探針の試料表面への接近動作における速度変化
とトンネル電流の変化を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in speed and a change in tunnel current in an operation of approaching a probe to a sample surface.

【図3】本発明によるSTMの測定方法を実行する装置
構成の要部を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an apparatus configuration for executing the STM measurement method according to the present invention.

【図4】本発明によるSTMの測定方法を実行するため
の制御手順を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure for executing the STM measurement method according to the present invention.

【図5】従来のSTMの測定方法の場合の探針の移動軌
跡を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a movement locus of a probe in the case of a conventional STM measuring method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料表面 2 探針 3 探針の移動軌跡 6 トンネル電流検出部 8 サーボ制御部 10 演算制御部 11 Z方向のアクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample surface 2 Tip 3 Movement locus of a tip 6 Tunnel current detection part 8 Servo control part 10 Operation control part 11 Actuator in Z direction

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料表面で離散的に複数の測定場所を定
め、試料表面の凹凸に比較し充分に離れた位置で前記測
定場所間を直線的に探針の走査移動を行い、前記測定場
所のそれぞれに対応する走査移動路上の位置で、前記探
針を、前記試料表面に接近させ、所定のトンネル電流を
測定した後に停止させ、その後走査移動路上の前記位置
に退避させ、再び走査移動を行い、各測定場所で測定の
ための接近動作を行う走査型トンネル顕微鏡の測定方法
において、前記各測定場所における前記探針の前記試料
表面への接近は、検出電流がない又は小さい時は高速の
速度で接近し、検出電流が大きくになるにつれ速度がゆ
っくりになるような比例制御で接近し、基準位置で積分
制御に切換えて接近を行い、最終的に停止することを特
徴とする走査型トンネル顕微鏡の測定方法。
A plurality of measurement locations are discretely defined on a sample surface, and a scanning movement of a probe is linearly moved between the measurement locations at a position sufficiently distant from the unevenness of the sample surface, and the measurement location is determined. At a position on the scanning movement path corresponding to each of the above, the probe is brought close to the sample surface, stopped after measuring a predetermined tunnel current, then retracted to the position on the scanning movement path, and the scanning movement is performed again. Perform, in the measuring method of the scanning tunneling microscope performing an approaching operation for measurement at each measurement location, the approach of the probe to the sample surface at each measurement location is fast when there is no or small detection current. A scanning ton that approaches by speed, approaches by proportional control so that the speed decreases as the detected current increases, switches to the integral control at the reference position, approaches, and finally stops. How to measure with a tunneling microscope.
【請求項2】 請求項1記載の走査型トンネル顕微鏡の
測定方法において、前記探針の前記接近動作は、デジタ
ルサーボ方式によって行われることを特徴とする走査型
トンネル顕微鏡の測定方法。
2. The measuring method for a scanning tunnel microscope according to claim 1, wherein the approaching operation of the probe is performed by a digital servo system.
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