JP3014872B2

JP3014872B2 - 探針−試料間距離制御機構およびその使用装置

Info

Publication number: JP3014872B2
Application number: JP4290033A
Authority: JP
Inventors: 悦朗貴志; 清瀧本; 一佐哲河出; 亨治矢野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH06137810A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は探針と試料間に流れるト
ンネル電流を利用して試料表面を観察する装置（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｙ，以下ＳＴＭ）、またはこれを利用して試料表面に情
報を記録再生する装置の探針−試料間距離制御機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＴＭは電子のトンネル現象を利用して
試料表面の形状及び電子状態の混在情報を原子オーダー
の分解能で検出可能な装置であり、顕微鏡としての用途
のほかに情報記録再生装置等の類似装置への応用が可能
である。

【０００３】ＳＴＭでは先端の尖った探針で試料面上を
走査しながら、探針と試料間の距離が数ｎｍ以下で発生
するトンネル電流をサーボ信号として距離を制御するこ
とによって測定信号を検出している［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ
ｅｔａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９，５
７（１９８２）］。

【０００４】図７を用いてＳＴＭの従来技術について、
更に詳しく説明する。

【０００５】１は、先端が尖った探針、２は、探針１と
対峙して配置された試料（又は記録媒体）で、不図示の
ＸＹ走査信号発生回路およびＸＹ走査駆動機構によって
ＸＹ軸方向に走査される。３は、探針制御用アクチュエ
ータで探針１をＺ軸方向に移動させる。４は、探針と試
料との間に電圧を印加するバイアス回路、５は、バイア
ス印加状態で探針１と試料２とを接近させると発生する
トンネル電流を検出し電圧に変換する電流電圧変換回
路、６は、変換された電圧をさらに対数変換して出力す
る対数変換回路、７は、所望のトンネル電流値を設定値
とし、入力との差分信号を検出する差分回路、９は差分
信号の高周波分を除去し、トポ信号を出力するローパス
フィルター、８は、探針Ｚ制御信号発生回路で、ＬＰＦ
９の出力よりサーボ信号を形成し、探針制御用アクチュ
エータ３に出力して、探針試料間の距離制御を行なわせ
る。１０は、記録ビット形成用電圧発生回路で、ＳＴＭ
を応用した記録再生装置に必要な信号の発生を行ない、
１１はローパスフィルター９から出力されるトポ信号、
１２は対数変換回路６から出力されるカレント信号で、
画面情報、記録・再生情報信号として用いられる。バイ
アス回路４によって先端の尖った探針１と試料２間にバ
イアスを印加した状態で、探針１を試料面に対して１ｎ
ｍ付近まで接近させるとトンネル電流が発生し始める。
このトンネル電流を電流電圧変換回路５によって電圧に
変換し、対数変換回路６を経て差分回路７によって所望
の設定トンネル電流値との差分信号を検出し、ローパス
フィルター９、探針Ｚ制御信号発生回路８を通してサー
ボ信号を形成する。このサーボ信号を圧電素子などで構
成される探針制御用アクチュエータ３に入力し距離制御
すると同時に、不図示のＸＹ走査信号発生回路によって
ＸＹ走査信号を入力し、試料面内方向に沿って走査しな
がら差分回路７、ローパスフィルター９を介して形成さ
れるトポ信号１１、又は対数変換回路６の出力信号であ
るカレント信号１２をモニターし、画像処理を施すこと
によって試料表面の形状、及び電子状態を反映する観察
像を得ることができる。

【０００６】又以上述べた技術によって探針と試料（記
録媒体）との間の距離を制御しつつ、表面を走査しなが
ら記録ビット形成用電圧発生回路１０によって電圧パル
スを印加し、トンネル電流、電界放射電流、又は接触電
流等によって表面の形状又は電子状態に変調を引き起こ
し記録ビットを形成することによって、記録再生装置へ
の応用も可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トンネル電流を探針試料間距離制御の
ためのサーボ信号とする従来のＳＴＭ測定では、図８
（ａ）に示すように試料２２が絶縁性の材料である場
合、トンネル電流のほとんどは試料表面と探針間ではな
く、試料が形成された導電性基板２１の表面と探針との
間に発生する場合が多く、絶縁性試料と導電性基板界面
での吸着構造により導電性基板表面の電子状態が絶縁性
試料の電子状態を反映した変調を受ける場合、或いは絶
縁性試料中の界面準位、不純物準位が介在する場合等の
例外を除いて、探針は主に導電性基板の形状、電子状態
を反映した軌跡２３を描き、従って試料の表面状態を反
映する情報はほとんど得られない。

【０００８】また従来法では、探針が試料表面からど
れだけ離れているか、つまり探針と試料表面との絶対的
な距離に関する情報は全く得られないため、試料２２が
導電性基板２１上におかれた絶縁性材料である場合に
は、図８（ｂ）に示すように、探針が絶縁性試料表面に
接触、もしくは試料内部に潜り込んだ状態で走査が行わ
れることによって、試料を破壊し同時に探針側も汚染さ
れることがしばしばであり、非接触状態での測定が可能
であることが大きな魅力の一つであるＳＴＭ測定におい
て大きな障害となっている。そこで走査中の試料表面と
探針との絶対的な距離を明確にし、面走査における探針
と試料の接触、及びそれに引き続いて起こる試料表面の
破壊、探針の汚染を回避する必要がある。

【０００９】更にトンネル電流を利用する像観察、又
は探針試料間距離制御の観点からトンネル電流に含まれ
る形状情報と電子状態情報を分離して検出することが望
ましい。しかしながら従来法で得られる情報は試料表面
の形状と電子状態に関する混合情報であり、それぞれを
分離して検出することができない。例えば探針と試料表
面を一定距離に保ちつつ試料面上を走査したい場合で
も、図８（ｃ）に示すように半導体試料２２表面の一部
が不純物によりｎ型又はｐ型化されて電子状態が異なっ
ている場合には、探針の軌跡２３はこの部分でのトンネ
ル障壁の変化に対応して変調され、一定距離から外れて
しまう。

【００１０】これに対して、試料表面の電子状態に関す
る情報であるトンネル障壁を独立に試料表面の形状から
分離して検出する方法がＧ．Ｂｉｎｎｉｇ等によって提
案されている［ＩＢＭ、Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．
３０，３５５（１９８６），Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ
ｔ．６０（１２），１１６６（１９８８）］。ＳＴＭに
おけるトンネル電流Ｉは、試料表面の局所的な状態密度
ρとトンネル確率Ｔとの積をエネルギーＥに関して積分
し、

【００１１】

【数１】 I 〜∫ρ(E)・T(E,eV)dE、但しT(E,eV)=exp{-2s[2m/h²(φ-E+eV/2)^1/2]} Ｖバイアス電圧、φトンネル障壁、ｓ探針試料間距離と表される。トンネル電流Ｉの対数を距離ｓで微分する
ことによって、φ^1/2 〜d(lnI)/dsを得る。

【００１２】従って探針試料間距離ｓを微少振動させ、
トンネル電流の対数値に発生するその変調成分をロック
インアンプ等を用いて検出することによって表面ポテン
シャルを反映するトンネル障壁φの平方根に比例する信
号を得ることができる。

【００１３】しかしながら、トンネル障壁は後述するよ
うに探針と試料間の距離によって変化するため、表面か
らの距離を一定に保つことが不可能である混成情報によ
る距離制御では、この方法によっても厳密には形状情報
と電子状態情報を分離できているとは言えない。

【００１４】更に絶縁性、半導体性、導電性、何れの
材料においても、探針が試料表面に適度に接触した状態
又はその極近傍での接触電流測定、容量測定、及びそれ
に基づく記録、再生を行う必要がある場合には、探針と
試料表面との接触点を検知する必要がある。

【００１５】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解決することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、トンネル電流自体を探針試料
間距離制御のためのサーボ信号とする代わりに、探針試
料間距離に一定の変調を加え、その距離変調に対するト
ンネル電流の応答成分によって得られるトンネル障壁信
号を探針試料間距離制御のためのサーボ信号として用い
ることによって、上述課題を解決することができる。即
ち本発明は、トンネル障壁が導体、半導体、絶縁体を問
わず探針と試料表面との接触点近傍で急激に減少する点
に着目し、トンネル障壁値をサーボ信号にすることによ
って、トンネル電流を探針試料間距離制御のためのサー
ボ信号とする従来のＳＴＭ測定では不可能であった接触
点近傍での距離制御を厳密に行うことを可能にするもの
である。

【００１７】

【作用】トンネル障壁値が導電体、絶縁体を問わず試料
表面で急激に減少する原因について図を用いて説明す
る。原因は大きく二つに大別される。

【００１８】第一の原因は、探針と試料表面間に形成さ
れるトンネル障壁に反映される表面ポテンシャル自体が
金属等の導体、半導体の場合、表面近傍で急激に小さく
なることによる。図５は探針、試料ともに金属の場合に
両者の間に形成されるトンネル障壁φを図５−（ａ）探
針と試料表面が十分に離れている場合（Ａ領域）、図５
−（ｂ）非常に接近しほぼ接触状態にある場合（Ｂ領
域）についてそれぞれ示し、図５−（ｃ）では横軸を探
針試料間の距離Ｚｔｓ、縦軸をトンネル障壁φにとって
示している。探針の表面ポテンシャルΨｔ、試料の表面
ポテンシャルΨｓは、ともに表面から十分に離れている
場合には仕事関数に一致する一定の値を示すが、表面の
極近傍に近づくにつれて表面効果である鏡映ポテンシャ
ル、電気二重層、及びバルク内での電子間相互作用に基
づく交換相関ポテンシャルの影響を受けて急激に減少し
始める。従って探針試料間が十分に離れているときに
は、トンネル障壁は両者の仕事関数の平均値になるが
（Ａ領域）、両者の表面ポテンシャルの減少領域が重な
りあうほどに接近するにつれてトンネル障壁は急激に減
少する（Ｂ領域）。

【００１９】第二の原因は測定誤差に由来するもので、
接触点近傍で見かけ上、トンネル障壁値が急激に減少す
る。図６（ａ）において、探針と試料表面が十分に離れ
ているＡ状態においては、トンネル障壁測定のために探
針駆動用アクチュエーターに加える距離変調量ｄｚと探
針最先端部の距離変調量ｄｚ’は一致し、k{d(lnI)/dz}
² （ｋ定数）によって求まるトンネル障壁値は正しい値
を示すが、探針と試料表面が接触する近傍であるＢ状態
になると、探針のトンネルに関わる最先端部が弾性変形
を引き起し、探針駆動用アクチュエーターによる距離変
調量ｄｚに対して探針最先端部の実際の距離変調量ｄ
ｚ’が小さくなりk{d(lnI)/dz}² （ｋ定数）によって求
まるトンネル障壁値が見かけ上小さくなる。図６−
（ｂ）に、横軸を探針試料間の距離Ｚｔｓ、縦軸をトン
ネル障壁φにとって、ＳＴＭによる見かけ上のトンネル
障壁の接触点近傍での急激な減少を示す。第一の原因と
は全く異なる原因によるものであるが、第一の原因によ
る図５−（ｃ）の結果と似通っている。但しこの場合の
原因は機械的、弾性的なファクターによるものであり導
体、絶縁体を問わない。

【００２０】本発明の要点は、以上第一又は第二の原因
によって導体、絶縁体を問わず、表面近傍で急激に減少
し始めるトンネル障壁値をＳＴＭによって検出すること
によって、接触点近傍の位置を知ることが可能である点
を利用することにより、トンネル障壁値の減少が始まり
接触するまでの任意の特定のトンネル障壁値を設定値と
して、測定されるトンネル障壁値と設定値との差分信号
を基に形成されるサーボ信号によって探針試料間距離を
制御することによって、接触点近傍での厳密な距離制御
を導体、絶縁体を問わず可能ならしめるものである。以
下実施例を用いて本発明に付いて更に詳しく説明する。

【００２１】

【実施例】

実施例１図１は本発明実施例の基本的なシステム構成を示すブロ
ック図である。本実施例の構成は、従来例（図７）の構
成にさらに、Ｚ変調信号発生回路１３、変調振幅検出回
路１４およびローパスフィルター１５とを備える点にあ
る。Ｚ変調信号発生回路１３は探針Ｚ制御信号発生回路
８に出力するとともに、対数変換回路６と差分回路との
間に設けた変調振幅検出回路１４にも信号を送る。ロー
パスフィルター１５は対数変換回路に接続されてカレン
ト信号を出力する。バイアス回路４によって先端の尖っ
た探針１と試料２間にバイアスを印加した状態で、探針
１を試料面に対して１ｎｍ付近まで接近させるとトンネ
ル電流が発生し始める。この状態でＺ変調信号発生回路
１３よりＺ変調信号を探針Ｚ制御信号発生回路８に入力
し、探針制御用アクチュエータ３によって探針１をＺ方
向に微小量強制的に振動させる。この微小量の強制振動
に応答する変調成分を含むトンネル電流を電流電圧変換
回路５によって電圧に変換し、さらに対数変換回路６に
よって対数値に変換する。この対数値出力をロックイン
アンプなどによって構成される変調振幅検出回路１４に
入力し、Ｚ変調信号発生回路１３によって出力される基
準信号に基づいて同期検波を行うことによってトンネル
電流対数値の中で、トンネル障壁に比例する、探針強制
振動の応答変調成分を検出する。本発明の特徴は、トン
ネル電流ではなく、この変調成分を距離の負帰還制御の
ためのサーボ入力信号にすることにある。具体的には、
この変調成分の検出信号を差分回路７に入力し、図５
（ｃ）又は図６（ｂ）の接触点近傍におけるトンネル障
壁が急激に減少するＢ領域の任意のトンネル障壁値を設
定値とし、この設定値と測定トンネル障壁値との差分信
号を検出した後、ローパスフィルター９、探針Ｚ制御信
号発生回路８を通してサーボ信号を形成し、測定される
トンネル障壁値が常に所望の設定値に保たれるように探
針−試料間距離を負帰還制御することにある。このサー
ボ信号を圧電素子などで構成される探針制御用アクチュ
エータ３に入力し、探針試料間の距離を制御すると同時
に、不図示のＸＹ走査信号発生回路によってＸＹ走査信
号を入力し、試料面内方向に沿って走査しながら差分回
路７、ローパスフィルター９を介して形成されるトポ信
号１１、又は対数変換回路６の出力信号であるカレント
信号１２をローパスフィルター１５を介して変調成分を
除去した後にモニターし、画像処理を施すことによって
試料表面の形状、及び電子状態を反映する観察像を得る
ことができる。

【００２２】図２は、以上述べた本発明による装置によ
る測定例を示す。探針１はＰｔ−Ｒｈ機械切断針、導電
性基板はエピタキシャルに成長させたＡｕ（１１１）、
試料２は有機材料、生体材料のような絶縁性の材料であ
る。この場合、トンネル電流は試料表面と探針間ではな
く試料が形成された導電性基板の表面と探針との間に発
生するため、従来例においては探針は導電性基板の形
状、電子状態のみを反映した軌跡を描き、場合によって
は試料表面に潜り込み破壊することが多かった。ところ
で本測定例では、バイアス電圧を試料側に＋０．１Ｖ印
加した状態で、探針を０．０１ｎｍｐ−ｐの振幅及び１
ｋＨｚの周波数で強制振動させながら試料表面に対して
徐々に近づけていくと、トンネル電流が発生し始める。
トンネル電流が３ｐＡの距離における変調成分測定値か
らのトンネル障壁算出値は３．５ｅＶであった。更に探
針に近づけていくとトンネル電流が１００ｐＡ程度から
トンネル障壁の急激な減少が認められた。そこで差分回
路７の基準設定値をトンネル障壁値で０．５ｅＶ相当の
変調振幅値に定め、距離サーボ制御を行いながら試料表
面を走査したところ、図２に示すように、探針は試料表
面に沿った軌跡を示し、絶縁性試料の表面形状を反映す
る信号を取得することができた。数回表面を走査し同様
の測定を行ったが再現性は高く、試料面走査によって試
料表面を破壊している様子はみられなかった。この状態
で同時にカレント信号をモニターすることにより絶縁性
試料の膜厚、電子物性のバラツキを反映する信号を形状
信号とは独立に得ることができ、またトポ信号と比較す
ることによって形状と電子物性との相関についての情報
が得られることがわかった。

【００２３】図３に他の測定例を示す。探針１はＰｔ−
Ｒｈ機械切断針、試料２２はｎ型Ｓｉ基板２１上に低圧
ＣＶＤによりポリシリコンを０．２５μｍ形成した後、
ドナーとしてＡｓイオン、アクセプターとしてＡｌイオ
ンをマスキングにより選択的にライン状に交互にイオン
注入したもので、これらの不純物によってｎ型又はｐ型
のライン状に領域２２２，２２３が交互に分布してい
る。

【００２４】さてバイアス電圧を試料側に−３．０Ｖ印
加した状態で、探針を０．０１ｎｍｐ−ｐの振幅及び１
ｋＨｚの周波数で強制振動させながら試料表面に対して
徐々に近づけていくと、トンネル電流が発生し始める。
図３−（ｂ）に探針−試料間距離によるトンネル障壁の
変化の様子を非注入領域（ｉ型）２２１、Ａｓ注入領域
（ｎ型）２２２、Ａｌ注入領域（ｐ型）２２３について
それぞれ示している。Ａ領域に相当する十分に大きい距
離における変調成分の測定値からのトンネル障壁算出値
は非注入領域で３．０ｅＶ、ｎ型注入領域で３．５ｅ
Ｖ、ｐ型注入領域で２．５ｅＶであった。更に探針を近
づけていくとある同一の距離から各領域においてトンネ
ル障壁の急激な減少が認められ、トンネル障壁値が０．
３ｅＶ程度の値を示す距離で各領域ともほぼ同一の値に
収束し、以降同一の値を示しながら緩やかな減少を示し
た。そこで差分回路６の基準設定値をトンネル障壁値で
０．３ｅＶ相当の変調振幅値に定め、距離サーボ制御を
行いながら試料表面を走査したところ、図３（ａ）に示
すように探針は試料表面に沿った軌跡２３を示し試料の
表面形状を反映する信号を取得することができた。従来
例においては、ｎ型領域ではトンネル障壁の増加にとも
ない探針−試料間距離が減少、逆にｐ型領域ではトンネ
ル障壁の減少にともない探針−試料間距離が増大した
が、本装置においては注入の有無に関わらずほぼ一定の
距離を維持した。

【００２５】この状態で同時にカレント信号をモニター
することにより半導体試料２２の表面形状によらない電
子物性の変化のみを反映する信号を抽出することがで
き、形状情報や電子状態情報を良好に分離できることが
わかった。

【００２６】実施例２実施例１においては、表面観察装置について述べてきた
が、以上述べた技術によって、探針と試料間の距離を制
御しつつ、表面を走査しながら記録ビット形成用電圧発
生回路１０によって電圧パルスを印加し、トンネル電
流、電界放射電流、又は接触電流等によって表面の形状
又は電子状態に変調を引き起こし記録ビットを形成する
ことによって、記録再生装置への応用も可能である。本
発明による距離制御機構によれば、接触点又はその極近
傍での探針位置制御が可能であるため、記録再生時の分
解能及び再現性を飛躍的に高めることができる。例えば
接触電流、電界放射電流、又はコロナ放電などによって
行う電荷蓄積型の記録ビット形成の場合、得られる記録
ビットサイズは距離に大きく依存し、接触又はその極近
傍状態の方が遥かにビットサイズが小さく且つ再現性に
優れた記録が行える。探針としてＰｔ−Ｒｈ機械切断
針、記録媒体としてボロンドープのｐ型Ｓｉ基板にＨＣ
ｌ処理により酸化層を１〜２ｎｍ形成した後、更に低圧
ＣＶＤにより窒化層を２０ｎｍ蒸着した試料を用い、本
発明によるトンネル障壁サーボ機構によってトンネル障
壁が０．１ｅＶ相当の距離で探針をホールドし、試料側
に１００μｓｅｃ、＋４０Ｖのパルスを加えたところ記
録ビット径５０ｎｍのビットが再現性よく形成されるこ
とが確認された。

【００２７】実施例３以上の実施例では、トンネル障壁の減少領域でのスロー
プを利用して探針−試料間距離を制御しているが、トン
ネル障壁の距離微分値を利用することもできる。図４に
示すように、トンネル障壁の距離微分値は接触点近傍で
比較的鋭いピークを示すため、ピークからのズレを検出
しトンネル障壁の微分値がこのピーク付近に保持される
ように探針と試料間の距離を制御する。トンネル障壁の
距離微分値の取得のためには、強制振動の上側微小変
位、下側微小変位の応答成分を独立に時分割処理した
後、両者の差分を検出するようにすればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
導体、絶縁体を問わず表面近傍で急激に減少し始めるト
ンネル障壁をＳＴＭによって検出することによって接触
点近傍の位置を知ることが可能である点に着目し、トン
ネル障壁の減少が始まり接触するまでの任意の特定のト
ンネル障壁値を設定基準値とし、この設定基準値と測定
トンネル障壁値との差分信号に基づいて形成されるサー
ボ信号により探針試料間距離を制御することによって、
トンネル電流を探針試料間距離制御のためのサーボ信号
とする従来のＳＴＭ測定では不可能であった接触点近傍
での厳密な距離制御を導体、絶縁体を問わず可能にす
る。このため、従来、問題であった探針接触又は潜り込
み状態での表面走査による試料破壊、探針汚染を防ぐこ
とができる。また原子間力顕微鏡のように、導体、絶縁
体を問わずその表面形状を検出できると同時に、形状情
報と電子状態情報をそれぞれ独立に分離して検出できる
ようになる。更に、探針が試料表面に適宜に接触した状
態又はその極近傍での接触電流測定、容量測定、及びそ
れに基づく記録、再生が可能となり、記録再生の解像度
及び再現性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムの構成を示すブロック図。

【図２】本発明による測定例（絶縁性材料）を示す図。

【図３】本発明による測定例（半導体材料）を示す図
で、（ａ）試料面上の探針の軌跡を示す図、（ｂ）注入
領域、非注入領域でのトンネル障壁とＺｔｓとの関係を
示すグラフ。

【図４】トンネル障壁の距離微分値とＺｔｓとの関係を
示すグラフ。

【図５】接触領域におけるトンネル障壁に対する表面ポ
テンシャルの影響を示す説明図で、（ａ）Ａ領域（Ｚｔ
ｓ大）でのトンネル障壁を示す図、（ｂ）Ｂ領域（Ｚｔ
ｓ小）でのトンネル障壁を示す図、（ｃ）トンネル障壁
とＺｔｓとの関係を示すグラフ。

【図６】接触領域におけるトンネル障壁に対する探針先
端の弾性変形の影響を示す説明図で、（ａ）接触領域近
傍での探針先端の強制振動振幅の変化に伴う様子を示す
図、（ｂ）トンネル障壁とＺｔｓとの関係を示すグラ
フ。

【図７】従来例のシステムの構成を示すブロック図。

【図８】従来例による測定例を示す図で、（ａ）絶縁性
材料、非接触の例を示す図、（ｂ）絶縁性材料、接触の
例を示す図、（ｃ）半導体材料、非接触の例を示す図。

【符号の説明】

１探針２，２２試料３探針制御用アクチュエータ４バイアス回路５電流電圧変換回路６対数変換回路７差分回路８探針Ｚ制御信号発生回路９，１５ローパスフィルター（ＬＰＦ）１０記録ビット形成用電圧発生回路１１トポ（形状）信号１２カレント信号１３Ｚ変調信号発生回路１４変調振幅検出回路２１基板２３探針軌跡２２１ｉ型領域２２２ｎ型領域２２３ｐ型領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢野亨治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平３−12503（ＪＰ，Ａ) 特開平４−184201（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】探針−試料間に流れるトンネル電流に基
づいてトンネル障壁値を検出する手段と、探針が試料表
面に近づいたときのトンネル障壁値の急激な減少領域の
任意の値を設定値として上記検出されるトンネル障壁値
を一定に保持するように、探針−試料間の距離を負帰還
制御する手段とを具備する探針−試料間距離制御機構。
【請求項２】探針−試料間に流れるトンネル電流に基
づいてトンネル障壁の距離微分値を検出する手段と、探
針が試料表面に近づいたときのトンネル障壁の急激な減
少領域における距離微分値の最大値を設定値として上記
検出されるトンネル障壁の距離微分値を一定に保持する
ように、探針−試料間の距離を負帰還制御する手段とを
具備する探針−試料間距離制御機構。
【請求項３】探針−試料間に流れるトンネル電流を用
いて試料表面を観察する装置において、請求項１又は２
の探針−試料間距離制御機構を備える試料表面観察装
置。
【請求項４】探針−試料間に流れるトンネル電流を用
いて試料表面に情報を記録し再生する装置において、請
求項１又は２の探針−試料間距離制御機構を備える記録
再生装置。