JP3076467B2 - Surface matching method and tunnel microscope and recording / reproducing apparatus using the same - Google Patents

Surface matching method and tunnel microscope and recording / reproducing apparatus using the same

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JP3076467B2
JP3076467B2 JP04346303A JP34630392A JP3076467B2 JP 3076467 B2 JP3076467 B2 JP 3076467B2 JP 04346303 A JP04346303 A JP 04346303A JP 34630392 A JP34630392 A JP 34630392A JP 3076467 B2 JP3076467 B2 JP 3076467B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は逆電圧効果により駆動す
るカンチレバー型圧電素子に関わるものであり、これを
用いた面合わせ方法およびそれを応用した記録再生装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever type piezoelectric element driven by a reverse voltage effect, and more particularly to a surface matching method using the same and a recording / reproducing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年半導体プロセス技術を背景にして半
導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサー、
半導体加速センサー、マイクロアクチュエーター等の機
械的電気素子(マイクロメカニクス)が脚光を浴びるよ
うになってきた。
2. Description of the Related Art Recently, a semiconductor pressure sensor using a semiconductor as a mechanical structure against the background of semiconductor process technology,
Mechanical electric elements (micromechanics) such as semiconductor acceleration sensors and microactuators have come into the spotlight.

【0003】かかる素子の特徴として、小型でかつ高精
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにSiウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に、圧電体薄膜を利用したカ
ンチレバー型圧電素子のものが挙げられ、これは非常に
微細な動きを制御することが可能なので、原子レベル、
分子レベルを直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(以
下STMと称す)に応用されている。
[0003] The features of such an element are that a small and high-precision mechanical mechanism part can be provided, and the element and an electric circuit can be integrated on a Si wafer because a semiconductor wafer is used. Further, by manufacturing based on a semiconductor process, improvement in productivity by batch processing of the semiconductor process can be expected. In particular, there is a cantilever type piezoelectric element using a piezoelectric thin film, which is capable of controlling very fine movement, so that it has an atomic level,
It is applied to a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM) that can directly observe the molecular level.

【0004】例えば、スタンフォード大学のクエート等
により提案されたカンチレバー型圧電素子をもちいたS
TMプローブ(IEEE Micro Electro
Mechanical Systems,p188
199,Feb,1990)がある。これは図12に示
すようにSiウエハ1のウエハの裏面を一部除去してシ
リコンメンブレンを形成し、表面にAl4とZnO5の
薄膜を順次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成し
た後、裏面より反応性のドライエッチングによりシリコ
ンメンブレンとウエハ表面のエッチングの保護層(シリ
コン窒化膜)を除去して、STMプローブ変位用のバイ
モルフカンチレバー型圧電素子を作製している。このカ
ンチレバーの上面自由端部にトンネル電流検知用プロー
ブ1を取り付け、良好なSTM像を得ている。
For example, S using a cantilever type piezoelectric element proposed by Kuwait of Stanford University or the like has been proposed.
TM probe (IEEE Micro Electro
Mechanical Systems, p 188
199, Feb, 1990). As shown in FIG. 12, a silicon membrane is formed by partially removing the back surface of the Si wafer 1 as shown in FIG. 12, a thin film of Al4 and ZnO5 is sequentially laminated on the front surface, and a bimorph cantilever is formed. By removing the silicon membrane and the protective layer (silicon nitride film) for etching the wafer surface by dry etching , a bimorph cantilever piezoelectric element for displacing the STM probe is manufactured. The tunnel current detecting probe 1 is attached to the free end of the upper surface of this cantilever, and a good STM image is obtained.

【0005】また、STMの技術を応用した原子間力顕
微鏡(以後AFMと略す)が開発され[Binning
et al.,Phys.Rev.Lett.,5
6,930(1986)]、STMと同様、表面の凹凸
情報を得ることができるようになった。AFMは、試料
表面に対して1ナノメートル以下の距離まで接近させた
探針を支持するカンチレバー(弾性体)が、試料−探針
間に働く力を受けて、たわむ量から逆に力を検出し、こ
の力を一定にするように試料−探針間の距離を制御しな
がら試料表面を走査することにより、表面の三次元形状
をナノメートル以下の分解能で観察するものである。A
FMでは、STMのように試料が導電性を有する必要が
なく、絶縁性試料、特に半導体レジスト面や生体高分子
などを原子・分子のオーダーで観察可能であるため、広
い応用が期待されている。
Further, an atomic force microscope (hereinafter abbreviated as AFM) to which the STM technique is applied has been developed [Binning
et al. Phys. Rev .. Lett. , 5
6,930 (1986)], as in the case of the STM, information on the surface unevenness can be obtained. In AFM, a cantilever (elastic body) that supports a probe brought close to the sample surface to a distance of 1 nanometer or less receives the force between the sample and the probe, and detects the force in reverse from the amount of deflection. Then, by scanning the sample surface while controlling the distance between the sample and the probe so as to keep this force constant, the three-dimensional shape of the surface is observed with a resolution of nanometer or less. A
FM does not require the sample to have conductivity unlike STM, and is capable of observing insulating samples, especially semiconductor resist surfaces and biopolymers in the order of atoms and molecules, and is expected to be widely applied. .

【0006】さらに、AFMの原子間力の情報を探針と
サンプル表面とを原子間力が発生可能な距離に近付けた
状態で、カンチレバーの固有振動数からのシフトからそ
の原子間力を検出検出する方法も提案されている(特開
昭63−309802号公報)。
Further, the information on the atomic force of the AFM is detected and detected from the shift from the natural frequency of the cantilever in a state where the probe and the sample surface are brought close to a distance at which the atomic force can be generated. A method has been proposed (JP-A-63-309802).

【0007】一方、STMの手法を用いて、半導体ある
いは高分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観察
評価、微細加工(E.E.Ehrichs,4th I
nternational Conference o
n Scanning Tunnering Micr
oscopy/spectroscopy,’89,S
13−3)、及び記録再生装置の様々な分野への応用が
研究されている。なかでも、大容量を有する記録装置の
要求がますます高まっているコンピューターの計算情報
等への応用が研究されている。これは、半導体プロセス
技術の進展により、マイクロプロセッサが小型化し、計
算能力が向上したことに伴って記録装置の小型化が望ま
れているためである。
On the other hand, by using the STM method, observation and evaluation of atomic order and molecular order of semiconductors or polymer materials, and fine processing (EE Ehrichs, 4th.
international Conference o
n Scanning Tunneling Micr
oscopy / spectroscopy, '89, S
13-3) and application of the recording / reproducing apparatus to various fields are being studied. In particular, application to computer calculation information and the like, for which a recording device having a large capacity is increasingly required, is being studied. This is because the progress of semiconductor process technology has led to a demand for a downsizing of a recording device with a downsizing of a microprocessor and an improvement in computational power.

【0008】これらの要求を満たす目的で、記録媒体と
の間隔が微調整可能な駆動手段上に存在するトンネル電
流発生用プローブからなる変換器から電圧印加すること
によって記録媒体表面の形状を変化させる事により記録
書き込みし、形状の変化によるトンネル電流の変化を検
知することにより情報の読みだしを行い最少記録面積が
10-4μm2となる情報処理装置が提案されている(U
SP4575822)。
For the purpose of satisfying these requirements, the shape of the surface of the recording medium is changed by applying a voltage from a converter comprising a probe for generating a tunnel current, which is provided on a driving means whose distance to the recording medium can be finely adjusted. An information processing apparatus has been proposed in which information is read and written by detecting a change in tunnel current due to a change in shape, and information is read out, and the minimum recording area is 10 −4 μm 2 (U
SP4575822).

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ST
Mあるいは、AFMに用いるカンチレバー型圧電素子を
用いて、容易にサンプル表面とカンチレバー型圧電素子
との距離を計測するところにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ST.
M or using a cantilever type piezoelectric element used for AFM to easily measure the distance between the sample surface and the cantilever type piezoelectric element.

【0009】以上が本発明の目的であり、これを達成す
べく位置だし制御法および面合わせ方法およびそれをも
ちいた記録再生装置を提供することにある。
The above has been an object of the present invention, and it is an object of the present invention to provide a positioning control method and a surface matching method and a recording / reproducing apparatus using the same.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】本発明の面合わせ方法は、カンチレバーの
長手方向に直交する面での変位を変化させるためのすく
なくとも1層の圧電体層と、該圧電層に電圧を印加する
ための電極とを具備するカンチレバー型圧電素子を用い
る面合わせ方法であって、前記カンチレバーを同一基板
上に少なくとも2本以上設け、各カンチレバーの固有振
動数で変位させ、前記固有振動数での圧電素子のアドミ
ッタンス変化によりサンプル表面との距離を各々計測
し、この複数の測定距離が近似あるいは一致するように
駆動させて前記基板とサンプルとの面合わせを行うこと
を特徴とする。
A surface matching method according to the present invention includes at least one piezoelectric layer for changing a displacement in a plane perpendicular to a longitudinal direction of a cantilever, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer. A surface matching method using a cantilever type piezoelectric element, wherein at least two or more cantilevers are provided on the same substrate, displaced at a natural frequency of each cantilever, and a sample is formed by an admittance change of the piezoelectric element at the natural frequency. The distance between the substrate and the sample is measured by measuring the distance to the surface, and driving the plurality of measured distances so as to approximate or coincide with each other.

【0013】また、カンチレバーの長手方向に直交する
面での変位を変化させるためのすくなくとも1層の圧電
体層と、該圧電層に電圧を印加するための電極とを具備
するカンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であ
って、前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも2本
以上設け、圧電素子のアドミッタンスの周波数特性か
ら、サンプル表面との距離を各々計測し、この複数の測
定距離が近似あるいは一致するように駆動させて前記基
板とサンプルとの面合わせを行うことを特徴とする。
Further, a cantilever type piezoelectric element having at least one piezoelectric layer for changing the displacement of the cantilever in a plane perpendicular to the longitudinal direction and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer is provided. A surface matching method used, wherein at least two or more cantilevers are provided on the same substrate, and distances from a sample surface are measured from frequency characteristics of admittance of the piezoelectric element, and the plurality of measured distances are approximated or coincide with each other. In this manner, the substrate and the sample are driven to perform the surface matching.

【0014】トンネル顕微鏡および記録再生装置におい
ては上記の各位置出し制御方法および面合わせ方法がそ
れぞれ用いられる。
In the tunnel microscope and the recording / reproducing apparatus, each of the above-described positioning control method and surface matching method is used.

【0015】[0015]

【作用】本発明は、カンチレバー型圧電素子を用い、固
有振動数あるいは、その付近の周波数で自由端を変位さ
せることが特徴である。固有振動数で振動させるとエネ
ルギーを最少にすることができるので、同じエネルギー
でも非常に大きく自由端を動かすことができる。しか
し、自由端がサンプル表面に接触すると、振動モードが
変化するのでカンチレバー型圧電素子のアドミッタンス
に変化が現れる。このアドミッタンスを計測しながら圧
電素子による位置だしを行う。つまりカンチレバー型圧
電素子を駆動させる目的と、距離の計測を行う目的の両
者を両立させることができるのが本発明の特徴である。
The present invention is characterized in that the free end is displaced at a natural frequency or a frequency near the natural frequency using a cantilever type piezoelectric element. Since the energy can be minimized by vibrating at the natural frequency, the free end can be moved very much even with the same energy. However, when the free end touches the sample surface, the vibration mode changes, so that the admittance of the cantilever type piezoelectric element changes. Positioning by the piezoelectric element is performed while measuring this admittance. That is, it is a feature of the present invention that both the purpose of driving the cantilever type piezoelectric element and the purpose of measuring the distance can be achieved.

【0016】本発明においては、カンチレバー型圧電素
子の自由端とサンプル間の距離が光学的な手段や特別な
センサーを用いること無く、計測することができる。か
つ従来と同じカンチレバー型圧電素子を用いて、電気的
な計測を行うだけで、簡単に距離を計測でき、装置の簡
易化、IC化が容易に行える。
In the present invention, the distance between the free end of the cantilever type piezoelectric element and the sample can be measured without using optical means or a special sensor. In addition, the distance can be easily measured only by performing electrical measurement using the same cantilever type piezoelectric element as in the related art, and the device can be simplified and the IC can be easily formed.

【0017】[0017]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】[実施例1] 図1にはSi基板2に形成されたカンチレバー型圧電
素子1とサンプル7が示されている。このカンチレバー
圧電素子1は別の伸縮する圧電素子3に固定されてい
る。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a cantilever type piezoelectric element 1 and a sample 7 formed on a Si substrate 2. This cantilever type piezoelectric element 1 is fixed to another expanding and contracting piezoelectric element 3.

【0019】図2はこの圧電カンチレバー型圧電素子1
の構成を詳細に示す図である。
FIG. 2 shows this piezoelectric cantilever type piezoelectric element 1.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of FIG.

【0020】これは、Si基板に、通常のIC作製プ
ロセスとシリコンの異方性エッチングとにより作製した
ものである。Si基板2上に絶縁層8と下金電極9、Z
nO圧電体層10、中金電極11、ZnO圧電体層1
2、上金電極13の順に積層された構造で、バイモルフ
カンチレバー型圧電素子は構成される。このとき、上電
極13と下電極9とを短絡させ、中電極との間で電圧を
印加すると、カンチレバー型圧電素子1の自由端は逆圧
電効果により屈曲運動をする。
This is manufactured on a Si substrate by a normal IC manufacturing process and anisotropic etching of silicon. An insulating layer 8 and a lower gold electrode 9 on a Si substrate 2;
nO piezoelectric layer 10, middle metal electrode 11, ZnO piezoelectric layer 1
2. The bimorph cantilever type piezoelectric element has a structure in which the upper gold electrode 13 is laminated in this order. At this time, when the upper electrode 13 and the lower electrode 9 are short-circuited and a voltage is applied between the upper electrode 13 and the lower electrode 9, the free end of the cantilever type piezoelectric element 1 bends due to the inverse piezoelectric effect.

【0021】このときの変位量、次式で表わされる。The displacement at this time is expressed by the following equation.

【0022】 ΔZ/ΔV=〔3L231Z(b2−a2)〕/{4(b−a)〔YM(a3−b 3 +c3)+YZ(C3−b3)〕}・・・・・・・・・・(1)式 このとき、Lはカンチレバーの自由端までの長さ、YM
は電極薄膜のヤング率、YZは圧電体薄膜のヤング率、
2×aは中電極の膜厚、b−aは、圧電体の膜厚 c−bは上、下電極の膜厚である。
ΔZ / ΔV = [3LTwod31YZ(BTwo-ATwo)] / {4 (ba) [YM (aThree-B Three + CThree) + YZ (CThree-BThreeL) is the length to the free end of the cantilever, YM
Is the Young's modulus of the electrode thin film, YZ is the Young's modulus of the piezoelectric thin film,
2 × a is the thickness of the middle electrode, ba is the thickness of the piezoelectric body, and cb is the thickness of the upper and lower electrodes.

【0023】また、このときの1次の固有振動数Frは
次式で表わされる。
The primary natural frequency Fr at this time is expressed by the following equation.

【0024】 Fr=0.162×(E/ρ)1/2×t/L2・・・・・・・・・・(2)式 このとき、 Eはカンチレバーのヤング率 ρはカンチレバーの密度 tはカンチレバーの膜厚である。Fr = 0.162 × (E / ρ) 1/2 × t / L 2 (2) where E is the Young's modulus of the cantilever, and ρ is the density of the cantilever. t is the thickness of the cantilever.

【0025】例えば、カンチレバーの長さを300μ
m、中電極の膜厚を0.2μm、圧電体の膜厚を0.3
μm、上下電極の膜厚を0.1μm、d31=4.0pC
/Nとし、さらに金のヤング率が7.8×1010N/m
2、カンチレバーの密度ρが1.11×104Kg/m3
であるならば、 ΔZ/ΔV=1.59μm/V Fr=6470Hzとなる。
For example, if the length of the cantilever is 300 μm
m, the thickness of the middle electrode is 0.2 μm, and the thickness of the piezoelectric body is 0.3
μm, the thickness of the upper and lower electrodes is 0.1 μm, d 31 = 4.0 pC
/ N, and the Young's modulus of gold is 7.8 × 10 10 N / m
2. The density ρ of the cantilever is 1.11 × 10 4 Kg / m 3
Then, ΔZ / ΔV = 1.59 μm / V Fr = 6470 Hz.

【0026】次に、図1に示した交流電源5でバイモル
フ型のカンチレバー型圧電素子1を駆動させると屈曲運
動を始める。このとき、同時に電圧計6によって、圧電
素子のアドミッタンスも測定できるようになっている。
なお、この交流電流は、V0sinωtの信号がでるように
なっており、振幅と周波数を変えることができるように
構成されている。また、圧電素子3は可変の直流電源4
でカンチレバー型圧電素子のZ方向の距離をコントロー
ルできるように構成されている。
Next, when the bimorph type cantilever type piezoelectric element 1 is driven by the AC power supply 5 shown in FIG. 1, a bending motion starts. In this case, the voltmeter 6 simultaneously, piezoelectric
The admittance of the device can also be measured.
The alternating current is such that a signal of V0sinωt is generated, and the amplitude and the frequency can be changed. The piezoelectric element 3 is a variable DC power supply 4.
Thus, the distance of the cantilever type piezoelectric element in the Z direction can be controlled.

【0027】いま、カンチレバー型圧電素子がサンプル
7に対して充分に遠い距離にある場合(サンプルに接触
しない)には、その屈曲運動変位の周波数応答は図3
(a)に示すようになる。つまり、固有振動数より充分
低い周波数帯域(図中のA)では(1)式で計算される
変位量を持つ。また、このときの最大変位量(図中の
B)が得られる周波数は(2)式で計算される周波数と
一致する。同時に図1で示した回路によりカンチレバー
型圧電素子のアドミッタンスを計測すると図3(b)に
示すようになる。
If the cantilever type piezoelectric element is sufficiently far away from the sample 7 (does not contact the sample), the frequency response of the bending motion displacement is shown in FIG.
As shown in FIG. In other words, the frequency band (A in the figure) sufficiently lower than the natural frequency has the displacement calculated by the equation (1). At this time, the frequency at which the maximum displacement (B in the figure) is obtained coincides with the frequency calculated by equation (2). At the same time, when the admittance of the cantilever type piezoelectric element is measured by the circuit shown in FIG. 1, the result is as shown in FIG. 3B.

【0028】これは駆動周波数とカンチレバーの固有振
動数が一致するとエネルギーが最少ですむので、アドミ
ッタンスの極大値点(図中のB)は前述した固有振動数
と一致するためである。
This is because when the drive frequency and the natural frequency of the cantilever match, the energy is minimized, and the maximum value of the admittance (B in the figure) matches the natural frequency described above.

【0029】図4はA点、B点においてのカンチレバー
型圧電素子1の先端変位量の印加電圧振幅依存性を示す
図であり、固有振動数より低いA点では、(1)式で計
算される変位量である。一方、固有振動数(B点)で駆
動すると、はるかに高い変位量が得られる。詳しくは、
だいたい機械的Q値倍の変位量が得られる。この機械的
Q値は形状、材料等で決まるもので、数十から数千まで
達する。
FIG. 4 is a graph showing the applied voltage amplitude dependence of the displacement of the tip of the cantilever type piezoelectric element 1 at the points A and B. At the point A lower than the natural frequency, the equation (1) is used. Is the displacement amount. On the other hand, when driven at the natural frequency (point B), a much higher displacement can be obtained. For more information,
An amount of displacement approximately twice the mechanical Q value is obtained. This mechanical Q value is determined by the shape, material, etc., and ranges from several tens to several thousands.

【0030】次に、図1において直流電源4から圧電素
子3に電圧を印加してカンチレバー型圧電素子の先端を
サンプル7に接触させる。このときのアドミッタンスの
周波数依存性は図5に示すようになる。先述した固有振
動数B点で見られた極大値を見ることはできない。これ
は、図8に示すようにカンチレバー型圧電素子1の先端
が接触して片持ち梁状態から両持ち梁状態に近い状態に
変わり、これにより、固有振動数が変化したことによ
る。
Next, in FIG. 1, a voltage is applied to the piezoelectric element 3 from the DC power supply 4 to bring the tip of the cantilever type piezoelectric element into contact with the sample 7. The frequency dependence of the admittance at this time is as shown in FIG. It is not possible to see the local maximum value seen at the natural frequency point B described above. This is because, as shown in FIG. 8, the tip of the cantilever type piezoelectric element 1 comes into contact and changes from a cantilever state to a state close to a doubly supported state, thereby changing the natural frequency.

【0031】以上のことより、アドミッタンスの変化を
モニターすれば、カンチレバー型圧電素子1の先端がサ
ンプル7の表面に接触したかどうかを容易に判断するこ
とができる。
From the above, by monitoring the change in admittance, it can be easily determined whether or not the tip of the cantilever type piezoelectric element 1 has contacted the surface of the sample 7.

【0032】次に、位置だし制御方法について説明す
る。
Next, a positioning control method will be described.

【0033】図1において、カンチレバー型圧電素子1
をサンプル7表面に接触しない程度に圧電素子3を調整
する。その後、交流電源5で固有振動数でカンチレバー
を屈曲運動させる。例えば、カンチレバーの長さを30
0μm、中電極の膜厚を0.2μm、圧電体の膜厚を
0.3μm、上下電極の膜厚を0.1μm、d31=4.
0pC/N、機械的Q値を70とすると、ΔZ/ΔVは
以下の値となる。
In FIG. 1, a cantilever type piezoelectric element 1
Is adjusted to such an extent that the piezoelectric element 3 does not contact the surface of the sample 7. After that, the cantilever is bent at the natural frequency by the AC power supply 5. For example, if the length of the cantilever is 30
0 μm, the thickness of the middle electrode is 0.2 μm, the thickness of the piezoelectric body is 0.3 μm, the thickness of the upper and lower electrodes is 0.1 μm, d 31 = 4.
Assuming 0 pC / N and a mechanical Q value of 70, ΔZ / ΔV is as follows.

【0034】ΔZ/ΔV=1.59μm/V (固有
振動数以下のとき) ΔZ/ΔV=111 μm/V (固有振動数のと
き) このときに、アドミッタンスの印加電圧依存性を計測す
ると、図6に示すものとなる。
ΔZ / ΔV = 1.59 μm / V (at a natural frequency or less) ΔZ / ΔV = 111 μm / V (at a natural frequency) At this time, the dependence of admittance on the applied voltage is measured. 6 is obtained.

【0035】カンチレバーの自由端がサンプル表面に接
触したときにアドミッタンスに変化が現れるので、その
ときの印加電圧と固有振動数での変位量が判ればカンチ
レバーの先端の静止点とサンプル表面との距離を容易に
計測できる。
Since the admittance changes when the free end of the cantilever comes into contact with the sample surface, the distance between the stationary point at the tip of the cantilever and the sample surface is known if the applied voltage and the amount of displacement at the natural frequency are known. Can be easily measured.

【0036】図7は圧電素子を用いてカンチレバー型型
圧電素子1を徐々にサンプル7に近付けたときのアドミ
ッタンスの極大値を得る周波数をプロットしたものであ
る。これらが接触したときに大幅な周波数シフトが見ら
れる。この方法によっても、接触状態にあるか、非接触
状態にあるかを精度良く確認することができ、正確な位
置だしを行うことができる。
FIG. 7 is a plot of the frequency at which the maximum value of admittance is obtained when the cantilever type piezoelectric element 1 is gradually approached to the sample 7 using the piezoelectric element. A significant frequency shift is seen when they come into contact. According to this method as well, it is possible to accurately confirm whether the vehicle is in the contact state or the non-contact state, and accurate positioning can be performed.

【0037】以上説明したように、カンチレバー型圧電
素子を固有振動数で屈曲運動をさせて位置だしを行う方
法と、外部からの駆動でサンプル表面まで接近させてカ
ンチレバー型圧電素子の固有振動数から位置だしを行う
方法のいずれにおいても精度良く位置だしを行うことが
できる。
As described above, the method of positioning the cantilever type piezoelectric element by bending it at the natural frequency and the method of driving the cantilever type piezoelectric element close to the sample surface by driving from the outside, In any of the positioning methods, the positioning can be performed with high accuracy.

【0038】[実施例2]本実施例において図1に示し
たカンチレバー型圧電素子を用いた面合わせ方法につい
て述べる。
[Embodiment 2] In this embodiment, a surface matching method using the cantilever type piezoelectric element shown in FIG. 1 will be described.

【0039】図9は、2個のカンチレバー型圧電素子1
をSi基板2上に形成したものである。サンプル7は複
数のZ方向駆動素子102によって保持され、Z軸並び
に傾きを変えることができる。これらは、支持体101
で固定されている。複数のカンチレバー型圧電素子1は
アクチュエータ駆動回路103およびアドミッタンス検
出回路104にそれぞれ接続され、Z方向位置制御回路
105で固有振動周波数でのアドミッタンス変化の計測
と固有振動数の計測ができるように構成されている。Z
方向駆動回路106は複数のZ方向駆動素子102を駆
動するためのもので、Z方向位置制御回路105からの
信号でフィードバック制御される。
FIG. 9 shows two cantilever type piezoelectric elements 1.
Is formed on a Si substrate 2. The sample 7 is held by a plurality of Z-direction driving elements 102 and can change the Z-axis and the tilt. These are the support 101
It is fixed at. The plurality of cantilever type piezoelectric elements 1 are connected to the actuator drive circuit 103 and the admittance detection circuit 104, respectively, and are configured so that the admittance change at the natural vibration frequency and the natural frequency can be measured by the Z-direction position control circuit 105. ing. Z
The direction drive circuit 106 drives the plurality of Z-direction drive elements 102, and is feedback-controlled by a signal from the Z-direction position control circuit 105.

【0040】まず、2個のカンチレバー型圧電素子1を
アクチュエータ駆動回路103により固有振動数で屈曲
運動させる。このとき、実施例1と同様の方法でアドミ
ッタンス検出回路104によりサンプル7表面との距離
を計測する。これによりZ方向位置制御回路105にて
2個のカンチレバー型圧電素子1からサンプル7の距離
が一致あるいは近似するようにZ方向駆動回路106に
よりZ方向駆動素子102を動作させる。このような方
法においては、2個のカンチレバー型圧電素子1とサン
プル7表面を等距離とすることができる。
First, the two cantilever type piezoelectric elements 1 are bent by the actuator drive circuit 103 at a natural frequency. At this time, the distance from the surface of the sample 7 is measured by the admittance detection circuit 104 in the same manner as in the first embodiment. As a result, the Z-direction drive circuit 106 operates the Z-direction drive element 102 so that the distance between the two cantilever-type piezoelectric elements 1 and the sample 7 is equal or approximated by the Z-direction position control circuit 105. In such a method, the two cantilever-type piezoelectric elements 1 and the surface of the sample 7 can be equidistant.

【0041】また、2個のアドミッタンスの周波数依存
性を計測し、その距離一致あるいは近似させることも
できる。このように両者の計測方法においても良好な位
置合わせを行える。例えば、カンチレバー型圧電素子1
が複数個(3個以上)ある場合には3点以上のカンチレ
バー型圧電素子の計測結果が一致あるいは近似となるよ
うに調節することにより良好な面合わせを行うことがで
きる。
Also, the frequency dependence of two admittances can be measured and their distances can be matched or approximated. In this way, good alignment can be performed in both measurement methods. For example, cantilever type piezoelectric element 1
When there are a plurality of (three or more), good surface matching can be performed by adjusting the measurement results of three or more cantilever-type piezoelectric elements so as to match or approximate.

【0042】[実施例3]本実施例では、図1に示した
カンチレバー型圧電素子を用いたSTM装置について述
べる。
Embodiment 3 In this embodiment, an STM device using the cantilever type piezoelectric element shown in FIG. 1 will be described.

【0043】図10は本実施例のSTM装置の構成を示
す図である。支持台101の上にZ方向駆動素子102
とXY走査機構110が設置され、観察物であるサンプ
ル7はXY方向に移動可能である。また、Si基板2上
に形成されたカンチレバー型圧電素子1はサンプルと対
向する位置に支持体101により固定され、そのカンチ
レバーの先端に探針108が作製されている。XY走査
機構110はXY駆動回路107によって駆動され、Z
方向駆動素子102はZ方向駆動回路106によって駆
動される。サンプル7と探針108との間には電圧印加
回路113によりバイアス電圧が印加され、これらの間
に流れるトンネル電流はトンネル電流検出回路109に
より検出される。また、Z方向に関しては、アクチュエ
ータ駆動回路103によりサンプル7と探針108との
間に流れるトンネル電流の値が一定となるようにフィー
ドバック制御が行われている。これらの全ての回路はマ
イクロコンピュータ112により統一して制御され、観
察結果の表示が行われる。上記のように構成されたST
M装置において、まず、カンチレバー型圧電素子1を実
施例2と同様な方法を用いてアドミッタンスを計測する
ことによりサンプル7の表面と探針108との距離を計
測する。このとき、本実施例で用いたカンチレバー型圧
電素子1の変位量が、 ΔZ/ΔV=1.59μm/V (固有振動数以下の
とき) ΔZ/ΔV=111 μm/V (固有振動数のと
き) であるために、高速なSTM動作を行う場合にはカンチ
レバー型圧電素子1のみの駆動でZ軸方向の動きを行う
ことが適している。この場合、カンチレバー型圧電素子
1を固有振動数以下の周波数で駆動するので、サンプル
7と探針108とが1μmいないになるように位置だし
を行う。その後、固有振動数以下の周波数でZ軸駆動を
行う。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the STM device of this embodiment. A Z-direction drive element 102 is mounted on a support 101.
And an XY scanning mechanism 110 are installed, and the sample 7 as an observation object is movable in the XY directions. The cantilever-type piezoelectric element 1 formed on the Si substrate 2 is fixed at a position facing the sample by a support 101, and a probe 108 is formed at the tip of the cantilever. The XY scanning mechanism 110 is driven by the XY driving circuit 107,
The direction drive element 102 is driven by a Z-direction drive circuit 106. A bias voltage is applied between the sample 7 and the probe 108 by a voltage application circuit 113, and a tunnel current flowing between them is detected by a tunnel current detection circuit 109. In the Z direction, feedback control is performed by the actuator driving circuit 103 so that the value of the tunnel current flowing between the sample 7 and the probe 108 is constant. All of these circuits are integrally controlled by the microcomputer 112, and the observation result is displayed. ST configured as above
In the M apparatus, first, the distance between the surface of the sample 7 and the probe 108 is measured by measuring the admittance of the cantilever type piezoelectric element 1 using the same method as in the second embodiment. At this time, the displacement amount of the cantilever type piezoelectric element 1 used in this embodiment is ΔZ / ΔV = 1.59 μm / V (when the natural frequency is equal to or lower) ΔZ / ΔV = 111 μm / V (when the natural frequency Therefore, when performing a high-speed STM operation, it is suitable to perform movement in the Z-axis direction by driving only the cantilever type piezoelectric element 1. In this case, since the cantilever type piezoelectric element 1 is driven at a frequency lower than the natural frequency, the sample 7 and the probe 108 are positioned so as not to be 1 μm. Thereafter, Z-axis driving is performed at a frequency equal to or lower than the natural frequency.

【0044】上記のような駆動を行うと、容易にサンプ
ル7と探針108との距離を計測することができる。つ
まり、トンネル電流の検出による距離の計測(数nm以
下)とカンチレバー型圧電素子1のアドミッタンスによ
る距離の計測(数十μm以下)とを組み合せることによ
って、原子レベルから数十μmオーダーの凹凸に対する
情報を得ることができ、広範囲の距離についての計測を
高精度に行うことができる。
By performing the above driving, the distance between the sample 7 and the probe 108 can be easily measured. In other words, by combining the measurement of the distance by detecting the tunnel current (several nm or less) and the measurement of the distance by the admittance of the cantilever type piezoelectric element 1 (several tens μm or less), the unevenness on the order of several tens μm from the atomic level can be obtained. Information can be obtained, and measurement over a wide range of distances can be performed with high accuracy.

【0045】また、STMにおいては、探針がサンプル
に接触しているにも関わらず、探針先端のコンタミネー
ションによりトンネル電流が流れにくくなる現象がよく
見られる。このような場合にはSTM像として誤った情
報が得ることが多くなるが、本発明によれば探針が接触
しているかどうかを容易に判断することができるので、
事前に探針の状態をモニターすることができ、より正確
STM像を得ることができるという利点を有する。
Further, in the STM, a phenomenon that a tunnel current is difficult to flow due to contamination at the tip of the probe is often observed even though the probe is in contact with the sample. In such a case, erroneous information is often obtained as an STM image. However, according to the present invention, whether or not the probe is in contact can be easily determined.
This has the advantage that the state of the probe can be monitored in advance and a more accurate STM image can be obtained.

【0046】[実施例4]本実施例においては、上述し
た位置だし方法および面合わせ方法を応用した記録再生
装置について述べる。
[Embodiment 4] In this embodiment, a recording / reproducing apparatus to which the above-described positioning method and surface matching method are applied will be described.

【0047】図11は本実施例の記録再生装置の構成を
示す図である。本実施例は図10に示したSTMの構成
を用いたものであるため同じ構成については図10と同
じ番号を付している。
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the recording / reproducing apparatus of this embodiment. Since the present embodiment uses the STM configuration shown in FIG. 10, the same components are denoted by the same reference numerals as in FIG.

【0048】支持台101の内部には、Z方向駆動素子
102と、該Z方向駆動素子102上に載置されたXY
走査機構110が設けられている。XY走査機構110
の上には基板111が設けられ、基板111上には電極
116と記録媒体117とが設置されている。XY走査
機構110は、XY方向駆動回路107によって駆動さ
れ、記録媒体117には記録用電圧印加回路114によ
り記録ビットの書き込み、あるいは、再生用電圧印加回
115により記録ビットの読出し用のパルス電圧が印
加される。Z方向駆動回路106によってZ方向駆動素
子102が駆動してXY走査機構110上の記録媒体1
17の傾きとZ軸の調整ができる。
Inside the support 101, a Z-direction drive element 102 and XY mounted on the Z-direction drive element 102 are mounted.
A scanning mechanism 110 is provided . XY scanning mechanism 110
On the substrate 111, an electrode 116 and a recording medium 117 are provided. XY scanning mechanism 110 is driven by the XY direction driving circuit 107, the writing of the recording bit by the recording voltage applying circuit 114 to the recording medium 117, or reproducing voltage application times
A pulse voltage for reading the recording bit is applied by the path 115. The recording medium 1 on the XY scanning mechanism 110 is driven by driving the Z-direction drive element 102 by the Z-direction drive circuit 106.
17 and the Z axis can be adjusted.

【0049】Si基板2には10mm角のものが用いら
れ、Si基板2上には複数のカンチレバー型圧電素子1
が記録媒体117と対向する向きに支持体101に取り
付けられている。各カンチレバー型圧電素子1の自由端
部には探針108が設けられている。各探針108に個
々に流れるトンネル電流は電流検出回路109によって
それぞれ検出される。各カンチレバーはアクチュエータ
駆動回路103によって駆動される。また、アドミッタ
ンスは駆動時にもアドミッタンス検出回路104によっ
て検出され、これらの情報はZ方向位置制御回路105
による探針108と記録媒体117の位置を制御するた
めに用いられる。上記の全ての回路はマイクロコンピュ
ータ112により制御される。
[0049] Si is the substrate 2 used those 10mm square, a plurality of cantilevered piezoelectric elements on the Si substrate 2 1
Are attached to the support 101 in a direction facing the recording medium 117. A probe 108 is provided at a free end of each cantilever type piezoelectric element 1. The tunnel current flowing through each probe 108 individually is detected by a current detection circuit 109. Each cantilever is driven by an actuator drive circuit 103. The admittance is also detected by the admittance detection circuit 104 at the time of driving.
Is used to control the positions of the probe 108 and the recording medium 117. All of the above circuits are controlled by the microcomputer 112.

【0050】記録媒体117は、マイカ基板上にエピタ
キシャル成長させたAu薄膜(2500Å)上に有機記
録層を積層したものを用いた。有機記録層としては、ス
クアリリウム−ビス−6−オクチアズレンのLB膜(1
層)を使用した。なお、LB膜の形成方法については特
開昭63−161552号公報に開示されている方法を
用いた。
As the recording medium 117, an organic recording layer laminated on an Au thin film (2500 °) epitaxially grown on a mica substrate was used. As the organic recording layer, an LB film of squarylium-bis-6-octiazulene (1
Layer). The LB film was formed by the method disclosed in JP-A-63-161552.

【0051】まず、個々のカンチレバー型圧電素子1が
記録媒体117に対して位置が近似あるいは等価となる
ように実施例2に示した方法を用いて面合わせを行う。
このとき、全てのカンチレバー型圧電素子1上の探針1
08と記録媒体107との距離がカンチレバーの固有振
動数以下の変位量(ストローク±1μm)の範囲に納ま
るように調整する必要がある。このように調整すること
により全てのカンチレバー型圧電素子1が自らの逆電圧
効果によって、記録媒体117の凹凸に追従してトンネ
ル電流を検出することができる。以上により、位置だし
および面合わせが行われる。
First, surface matching is performed using the method described in the second embodiment so that the position of each cantilever type piezoelectric element 1 is approximated or equivalent to the recording medium 117.
At this time, the probes 1 on all the cantilever type piezoelectric elements 1
It is necessary to adjust the distance between the recording medium 107 and the recording medium 107 so as to fall within the range of the displacement (stroke ± 1 μm) equal to or less than the natural frequency of the cantilever. With this adjustment, all the cantilever type piezoelectric elements 1 can detect the tunnel current by following the unevenness of the recording medium 117 due to the reverse voltage effect. As described above, positioning and surface matching are performed.

【0052】次に、本実施例における記録再生方法につ
いて述べる。
Next, a recording / reproducing method in this embodiment will be described.

【0053】まず、探針108の1本を陽極側、電極1
16を陰極側として5Vのパルス電圧を印加し、記録ビ
ットを生じさせた。次に、探針108と記録層との距離
をカンチレバー型圧電素子1によって保持したまま探針
108とAu薄膜との間に1Vの電圧を印加してトンネ
ル電流を測定したところ、0.5mA程度の電流が流
れ、記録ビットが形成されていることが確認できた。
First, one of the probes 108 is connected to the anode side,
A pulse voltage of 5 V was applied with 16 as the cathode side to generate a recording bit. Next, when a voltage of 1 V was applied between the probe 108 and the Au thin film while the distance between the probe 108 and the recording layer was held by the cantilever type piezoelectric element 1, a tunnel current was measured. It was confirmed that a current flowed, and that a recording bit was formed.

【0054】次に上記の記録再生装置を用いて記録を連
続的に行った。カンチレバー1本に対して1ビットあた
り5msecの速度で複数のカンチレバーを順次駆動し
て記録を行い、その記録内容を確認したところ複数のカ
ンチレバー型圧電素子1による個々の記録ビットにエラ
ーの発生は見られなかった。
Next, recording was continuously performed using the recording / reproducing apparatus described above. Recording was performed by sequentially driving a plurality of cantilevers at a speed of 5 msec per bit with respect to one cantilever, and the recorded contents were checked. As a result, it was found that an error occurred in each recording bit by the plurality of cantilever type piezoelectric elements 1. I couldn't.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の面合わせ方法においては、精度
よく面合わせを行うことができ、これらの各方法を用い
たトンネル顕微鏡および記録再生装置においては、探針
の制御を良好に行うことができる効果がある。
According to the surface matching method of the present invention, the surface can be accurately aligned , and in the tunnel microscope and the recording / reproducing apparatus using each of these methods, the probe can be controlled well. There is an effect that can be done.

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

【図1】本発明の実施例で行われる位置制御方法を説明
するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a position control method performed in an embodiment of the present invention.

【図2】図1中のカンチレバー型圧電素子1の構成を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a cantilever type piezoelectric element 1 in FIG.

【図3】(a)および(b)のそれぞれは、カンチレバ
ー型圧電素子1の自由な状態における変位−周波数変化
およびアドミッタンス−周波数の関係を示す図である。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a relationship between displacement-frequency change and admittance-frequency in a free state of the cantilever type piezoelectric element 1. FIGS.

【図4】カンチレバー型圧電素子1の変位特性を示す図
である。
FIG. 4 is a view showing a displacement characteristic of the cantilever type piezoelectric element 1.

【図5】カンチレバー型圧電素子1の接触時のアドミッ
タンスを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing admittance when the cantilever type piezoelectric element 1 is in contact.

【図6】カンチレバー型圧電素子1の接触によるアドミ
ッタンスの変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in admittance due to contact of the cantilever type piezoelectric element 1.

【図7】カンチレバー型圧電素子1の接触による固有振
動数の変化を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a change in natural frequency due to contact of the cantilever type piezoelectric element 1.

【図8】カンチレバー型圧電素子1の接触状態を示す摸
式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a contact state of the cantilever type piezoelectric element 1.

【図9】本発明の対象である面合わせの状態を示す図で
ある。
FIG. 9 is a view showing a state of surface matching which is an object of the present invention.

【図10】本発明によるトンネル顕微鏡の実施例の構成
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tunnel microscope according to the present invention.

【図11】本発明による記録再生装置の実施例の構成を
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a recording / reproducing apparatus according to the present invention.

【図12】STMに用いられるプローブの構造を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a structure of a probe used for STM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カンチレバー型圧電素子 2 Si基板 3 圧電素子 4 直流電源 5 交流電源 6 電圧計 7 サンプル 101 支持体 102 Z方向駆動素子 103 アクチュエータ駆動回路 104 アドミッタンス検出回路 105 Z方向位置制御回路 106 Z方向駆動回路 107 XY方向駆動回路 108 探針 109 電流検出回路 110 XY走査機構 111 基板 112 マイクロコンピュータ 113 電圧印加回路 114 記録用電圧印加回路 115 再生用電圧印加回路 116 電極 117 記録媒体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cantilever type piezoelectric element 2 Si substrate 3 Piezoelectric element 4 DC power supply 5 AC power supply 6 Voltmeter 7 Sample 101 Support 102 Z-direction drive element 103 Actuator drive circuit 104 Admittance detection circuit 105 Z-direction position control circuit 106 Z-direction drive circuit 107 XY direction drive circuit 108 Probe 109 Current detection circuit 110 XY scanning mechanism 111 Substrate 112 Microcomputer 113 Voltage application circuit 114 Recording voltage application circuit 115 Reproduction voltage application circuit 116 Electrode 117 Recording medium

フロントページの続き (72)発明者 黒田 亮 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 (72)発明者 鈴木 義勇 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 (72)発明者 中山 優 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6−137856(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32 G11B 9/00 Continued on the front page (72) Inventor Ryo Kuroda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Yoshiyuki Suzuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor: Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-6-137856 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7/ 00-7/34 G01B 21/00-21/32 G11B 9/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも1層の圧電体層
と、該圧電層に電圧を印加するための電極とを具備する
カンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であっ
て、 前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも2本以上設
け、 各カンチレバーをその固有振動数で変位させ、前記固有
振動数での圧電素子のアドミッタンス変化によりサンプ
ル表面との距離を各々計測し、この複数の測定距離が近
似あるいは一致するように駆動させて前記基板とサンプ
ルとの面合わせを行うことを特徴とする面合わせ方法。
1. A cantilever type piezoelectric element comprising at least one piezoelectric layer for changing a displacement of a cantilever in a plane perpendicular to the longitudinal direction, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer. A plane matching method to be used, wherein at least two or more cantilevers are provided on the same substrate, each cantilever is displaced at its natural frequency, and the distance from the sample surface is changed by the admittance change of the piezoelectric element at the natural frequency. A surface matching method, wherein each of the substrates is measured and driven so that the plurality of measurement distances are approximated or coincide with each other to perform the surface alignment between the substrate and the sample.
【請求項2】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも1層の圧電体層
と、該圧電体層に電圧を印加するための電極とを具備す
るカンチレバー型圧電素子を用いる面合わせ方法であっ
て、 前記カンチレバーを同一基板上に少なくとも2本以上設
け、 圧電素子のアドミッタンスの周波数特性から、サンプル
表面との距離を各々計測し、この複数の測定距離が近似
あるいは一致するように駆動させて前記基板とサンプル
との面合わせを行うことを特徴とする面合わせ方法。
2. A cantilever-type piezoelectric element comprising at least one piezoelectric layer for changing a displacement of a cantilever in a plane perpendicular to a longitudinal direction thereof, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer. A plurality of cantilevers are provided on the same substrate, and distances from the sample surface are measured based on admittance frequency characteristics of the piezoelectric element, and the plurality of measured distances are approximated or coincide with each other. Wherein the substrate and the sample are driven so as to perform surface matching.
【請求項3】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも1層の圧電体層と
該圧電体層に電圧を印加するための電極とを備えるカン
チレバー型圧電素子と、 前記カンチレバーが少なくとも複数設けられた基板と、 前記カンチレバー型圧電素子の自由端にそれぞれ取り付
けられた探針とを有し、 前記カンチレバー型圧電素子と対向位置にサンプルを配
置し、深針を介してサンプル表面の凹凸の情報を出力す
トンネル電流顕微鏡において、請求項1または請求項2 に記載の方法を用いてカンチレ
バー型圧電素子とサンプルとの面合わせを行った後にサ
ンプル表面をカンチレバー型圧電素子で走査することを
特徴とするトンネル顕微鏡。
3. A cantilever type piezoelectric element comprising at least one piezoelectric layer for changing a displacement in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer, a substrate on which the cantilever is provided at least a plurality, and a probe attached respectively to the free end of the cantilever type piezoelectric element, the sample was placed on the cantilevered piezoelectric element and the counter position, through the Fukahari Outputs information on sample surface irregularities
In that tunnel current microscope, tunneling, characterized by scanning cantilever type piezoelectric element surface of the sample after the surface alignment between cantilever piezoelectric element and the sample using the method according to claim 1 or claim 2 microscope.
【請求項4】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも1層の圧電体層と
該圧電層に電圧を印加するための電極とを備えるカンチ
レバー型圧電素子と、 前記カンチレバー型圧電素子の自由端に取り付けられた
探針とを有し、 前記カンチレバー型圧電素子と対向位置にサンプルを配
置し、深針を介してサンプル表面に記録または再生を行
う記録再生装置において、前記カンチレバー型圧電素子をその固有振動数で変位さ
せ、前記カンチレバー型圧電素子のアドミッタンス変化
により、記録媒体表面との距離を測定する手段と、 該計測結果に基づいて記録媒体表面をカンチレバー型圧
電素子で走査する手段とを有する ことを特徴とする記録
再生装置。
4. A cantilever-type piezoelectric element comprising at least one piezoelectric layer for changing a displacement in a plane orthogonal to a longitudinal direction of the cantilever, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer; A probe attached to a free end of a cantilever type piezoelectric element, a sample is disposed at a position facing the cantilever type piezoelectric element, and a recording / reproducing apparatus which performs recording or reproduction on a sample surface via a deep needle, The cantilever type piezoelectric element is displaced at its natural frequency.
Admittance change of the cantilever type piezoelectric element
Means for measuring the distance from the surface of the recording medium, and a cantilever type pressure on the surface of the recording medium based on the measurement result.
Means for scanning with an electric element .
【請求項5】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の変位を変化させるための少なくとも1層の圧電体層と
該圧電層に電圧を印加するための電極とを備えるカンチ
レバー型圧電素子と、 前記カンチレバーが少なくとも複数設けられた基板と、 前記カンチレバー型圧電素子の自由端にそれぞれ取り付
けられた探針とを有し、 前記カンチレバー型圧電素子と対向位置に記録媒体を配
置し、深針を介して記録媒体表面に記録または再生を行
う記録再生装置において、請求項1または請求項2 に記載の方法を用いてカンチレ
バー型圧電素子と記録媒体との面合わせを行った後に記
録媒体表面をカンチレバー型圧電素子で走査することを
特徴とする記録再生装置。
5. A cantilever-type piezoelectric element comprising at least one piezoelectric layer for changing a displacement in a plane perpendicular to a longitudinal direction of the cantilever, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer, A substrate provided with at least a plurality of cantilevers, and a probe respectively attached to a free end of the cantilever type piezoelectric element, a recording medium disposed at a position facing the cantilever type piezoelectric element, and a deep needle interposed therebetween. the recording and reproducing apparatus for recording or reproducing on the recording medium surface, according to claim 1 or claim 2 cantilevered piezoelectric surface of the recording medium after the surface alignment between cantilever piezoelectric element and the recording medium using the method described in A recording / reproducing apparatus, wherein scanning is performed by an element.
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