JP3439645B2 - フォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ - Google Patents
フォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトン走査トン
ネル顕微鏡(PSTM)において、特にラマン分光測定
の高感度かつ高空間分解能での測定を可能にするフォト
ン走査トンネル顕微鏡用ピックアップに関する。
ネル顕微鏡(PSTM)において、特にラマン分光測定
の高感度かつ高空間分解能での測定を可能にするフォト
ン走査トンネル顕微鏡用ピックアップに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、通常の光学顕微鏡の分解能は光
の回折特性によって決定され、ほぼ光の波長と同程度の
分解能しか望めない。しかし通常光ではなく、微小空間
に局在した別形態の光(エバネッセント光)を利用すれ
ば、回折限界を超える分解能が得られることが知られて
おり、実際、1980年代以降、エバネッセント光を用
いた光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡はフォト
ン走査トンネル顕微鏡(PSTM)、あるいは近視野顕
微鏡(near field microscope)
と呼ばれている。
の回折特性によって決定され、ほぼ光の波長と同程度の
分解能しか望めない。しかし通常光ではなく、微小空間
に局在した別形態の光(エバネッセント光)を利用すれ
ば、回折限界を超える分解能が得られることが知られて
おり、実際、1980年代以降、エバネッセント光を用
いた光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡はフォト
ン走査トンネル顕微鏡(PSTM)、あるいは近視野顕
微鏡(near field microscope)
と呼ばれている。
【0003】このフォトン走査トンネル顕微鏡の一例を
図6に示す。フォトン走査トンネル顕微鏡は、エバネッ
セント光検出のための光ピックアップ部と光ピックアッ
プ部の距離制御に走査型トンネル顕微鏡の追随機構が組
合わされた技術よりなる。入射レーザ61からプリズム
62を通って光が入射され、試料63とプリズム62と
の境界で全反射されている。この時試料63表面側で光
にはエバネッセント光が生じている。その時表面近傍に
局在するエバネッセント光に対して光ファイバー64な
どより成る光ピックアップを接触させることで伝搬光
(散乱光)65に変換し、その散乱光の強度を検出器6
6で測定する。エバネッセント光の強度と光ファイバー
・試料表面間の距離とは相関関係があることから、光フ
ァイバーを上下させて試料63表面とを走査すれば試料
63の表面の凹凸を調べることができる。検出器66か
ら得られた光強度の情報からZ位置制御装置機構67で
ピエゾ素子68でZ位置を制御し、また、XY走査装置
69でピエゾ素子68を用いてXY走査を行う。Z位置
制御装置機構67とXY走査装置69から得られた情報
はコンピュータ70を用いて処理される。
図6に示す。フォトン走査トンネル顕微鏡は、エバネッ
セント光検出のための光ピックアップ部と光ピックアッ
プ部の距離制御に走査型トンネル顕微鏡の追随機構が組
合わされた技術よりなる。入射レーザ61からプリズム
62を通って光が入射され、試料63とプリズム62と
の境界で全反射されている。この時試料63表面側で光
にはエバネッセント光が生じている。その時表面近傍に
局在するエバネッセント光に対して光ファイバー64な
どより成る光ピックアップを接触させることで伝搬光
(散乱光)65に変換し、その散乱光の強度を検出器6
6で測定する。エバネッセント光の強度と光ファイバー
・試料表面間の距離とは相関関係があることから、光フ
ァイバーを上下させて試料63表面とを走査すれば試料
63の表面の凹凸を調べることができる。検出器66か
ら得られた光強度の情報からZ位置制御装置機構67で
ピエゾ素子68でZ位置を制御し、また、XY走査装置
69でピエゾ素子68を用いてXY走査を行う。Z位置
制御装置機構67とXY走査装置69から得られた情報
はコンピュータ70を用いて処理される。
【0004】このようなフォトン走査トンネル顕微鏡
は、当初測定試料裏面から入射していた光も試料表面側
に配置した光導波路から入射するなどの工夫が報告され
ている。また、散乱光の強度だけでなく、散乱光を分光
することによりラマン散乱分光測定にも応用され、試料
表面の微細領域の表面物性分析に利用されている。
は、当初測定試料裏面から入射していた光も試料表面側
に配置した光導波路から入射するなどの工夫が報告され
ている。また、散乱光の強度だけでなく、散乱光を分光
することによりラマン散乱分光測定にも応用され、試料
表面の微細領域の表面物性分析に利用されている。
【0005】通常、上記光導波路としては光ファイバー
側面を金属膜でコートし、引き伸ばすことで細く加工さ
れたものが用いられている。その後、例えばAppl.
Phys.Lett.67,2191(1995)にあ
るように散乱光の強度だけでなく、分光を行いフォトル
ミネッセンス(PL)、ラマン散乱などの分光測定にも
応用されている。このような分光測定に従来より用いら
れている分光測定用装置の概略図を図7に示す。分光測
定用入射光は入射レーザ71から光ファイバー72を通
って入射され、試料表面73からの散乱光は分光器74
で分光され、検出器75により検出される。この時のX
YZ位置はXYZ Scanner76を用いて検出さ
れる。フォトルミネッセンス(PL)の分光の場合には
散乱光は強度が強いため、ここで用いられているような
単純な探針でも測定が可能であるが、散乱光の強度の弱
いラマン分光測定の場合には、探針先端部の温度上昇が
問題になる。感度を上げるため入射光の強度が上げる
と、探針先端部が溶けてしまう等の問題があり、結果的
に十分な感度を得ることができなかった。
側面を金属膜でコートし、引き伸ばすことで細く加工さ
れたものが用いられている。その後、例えばAppl.
Phys.Lett.67,2191(1995)にあ
るように散乱光の強度だけでなく、分光を行いフォトル
ミネッセンス(PL)、ラマン散乱などの分光測定にも
応用されている。このような分光測定に従来より用いら
れている分光測定用装置の概略図を図7に示す。分光測
定用入射光は入射レーザ71から光ファイバー72を通
って入射され、試料表面73からの散乱光は分光器74
で分光され、検出器75により検出される。この時のX
YZ位置はXYZ Scanner76を用いて検出さ
れる。フォトルミネッセンス(PL)の分光の場合には
散乱光は強度が強いため、ここで用いられているような
単純な探針でも測定が可能であるが、散乱光の強度の弱
いラマン分光測定の場合には、探針先端部の温度上昇が
問題になる。感度を上げるため入射光の強度が上げる
と、探針先端部が溶けてしまう等の問題があり、結果的
に十分な感度を得ることができなかった。
【0006】また、近年、測定感度の高い試料表面近傍
の測定方法として、測定感度が約2桁上昇することので
きる表面増強ラマン分光法が報告されている。(例えば
H.Ishida et.al.,Appl.Spec
trosc.40,322(1986))。この方法で
は試料表面にアイランド状の金属を蒸着した後測定を行
うことで、入射光がアイランド状金属の表面プラズモン
を励起し、入射光よりも強い表面プラズモンの電場を利
用するというもので、測定感度が約2桁向上し、かつ表
面プラズモンの電場は空間的に急激に減衰するため、極
表面の情報が選択的に得られ、表面近傍の分析には特に
有効である。
の測定方法として、測定感度が約2桁上昇することので
きる表面増強ラマン分光法が報告されている。(例えば
H.Ishida et.al.,Appl.Spec
trosc.40,322(1986))。この方法で
は試料表面にアイランド状の金属を蒸着した後測定を行
うことで、入射光がアイランド状金属の表面プラズモン
を励起し、入射光よりも強い表面プラズモンの電場を利
用するというもので、測定感度が約2桁向上し、かつ表
面プラズモンの電場は空間的に急激に減衰するため、極
表面の情報が選択的に得られ、表面近傍の分析には特に
有効である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述したようにフォト
ン走査トンネル顕微鏡(PSTM)において、従来の光
ピックアップを用いてラマン散乱の分光測定を行うと、
測定感度を上げるには入射光の強度を上げる必要があ
る。その場合、ピックアップ先端部の温度上昇が起こ
り、ピックアップ先端部が溶ける等の問題が発生する。
そのため、十分な感度を得ることができない。
ン走査トンネル顕微鏡(PSTM)において、従来の光
ピックアップを用いてラマン散乱の分光測定を行うと、
測定感度を上げるには入射光の強度を上げる必要があ
る。その場合、ピックアップ先端部の温度上昇が起こ
り、ピックアップ先端部が溶ける等の問題が発生する。
そのため、十分な感度を得ることができない。
【0008】一方、表面増強ラマン分光法は、測定試料
毎に金属アイランド形成の工程が必要であり、かつ金属
アイランド形成により試料表面を汚染することになる。
さらに、表面増強度のばらつきをもたらし、計測情報の
ばらつきとなる問題があった。
毎に金属アイランド形成の工程が必要であり、かつ金属
アイランド形成により試料表面を汚染することになる。
さらに、表面増強度のばらつきをもたらし、計測情報の
ばらつきとなる問題があった。
【0009】そこで、フォトン走査トンネル顕微鏡(P
STM)に表面増強ラマン分光法の方法を取り入れる試
みとして、光ピックアップ先端部になめらかなAu膜を
40nm蒸着し、アイランドではない金属薄膜中の表面
プラズモンの電場を用いる試みがなされている(芦野
慎、他 ’97秋季応用物理学会予稿集 4p−L−1
8)。しかしながら、このような光ピックアップではA
u膜が40nmと厚いために、光の透過率が極端に下が
り、表面プラズモンを励起しても実質的な感度向上は望
めない。
STM)に表面増強ラマン分光法の方法を取り入れる試
みとして、光ピックアップ先端部になめらかなAu膜を
40nm蒸着し、アイランドではない金属薄膜中の表面
プラズモンの電場を用いる試みがなされている(芦野
慎、他 ’97秋季応用物理学会予稿集 4p−L−1
8)。しかしながら、このような光ピックアップではA
u膜が40nmと厚いために、光の透過率が極端に下が
り、表面プラズモンを励起しても実質的な感度向上は望
めない。
【0010】本発明は以上の課題を解決するための発明
であり、入射光の強度を上げることなく、フォトン走査
トンネル顕微鏡(PSTM)のもつ高分解能と、表面増
強ラマン分光法のもつ高感度測定との両方の特長を実現
する光ピックアップを提供することを目的とする。
であり、入射光の強度を上げることなく、フォトン走査
トンネル顕微鏡(PSTM)のもつ高分解能と、表面増
強ラマン分光法のもつ高感度測定との両方の特長を実現
する光ピックアップを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のフォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)用ピックアップは、試料表面に最も接近あるいは接
触する先端部分にアイランド状金属を有することを特徴
とする。
めに、本発明のフォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)用ピックアップは、試料表面に最も接近あるいは接
触する先端部分にアイランド状金属を有することを特徴
とする。
【0012】また、本発明のフォトン走査トンネル顕微
鏡(PSTM)測定と原子間力顕微鏡(AFM)測定と
を行う事ができるカンチレバー型の装置に用いるピック
アップは、ピックアップが測定に用いる光に対して透明
な材質からなり、試料表面に最も接近あるいは接触する
先端部分にアイランド状の金属を有することを特徴とす
る。また、前記透明な材質からなるピックアップの材料
としてダイヤモンドを用いたことを特徴とする。
鏡(PSTM)測定と原子間力顕微鏡(AFM)測定と
を行う事ができるカンチレバー型の装置に用いるピック
アップは、ピックアップが測定に用いる光に対して透明
な材質からなり、試料表面に最も接近あるいは接触する
先端部分にアイランド状の金属を有することを特徴とす
る。また、前記透明な材質からなるピックアップの材料
としてダイヤモンドを用いたことを特徴とする。
【0013】また、本発明のフォトン走査トンネル顕微
鏡(PSTM)測定と走査型トンネル顕微鏡(STM)
測定とを行う事ができる装置に用いるピックアップは、
ピックアップが測定に用いる光に対して透明な材質から
なり、試料表面に最も接近あるいは接触する先端部分に
アイランド状の金属を有することを特徴とする。また、
前記透明な材質からなるピックアップの材料として導電
性のダイヤモンドを用いたことを特徴とする。
鏡(PSTM)測定と走査型トンネル顕微鏡(STM)
測定とを行う事ができる装置に用いるピックアップは、
ピックアップが測定に用いる光に対して透明な材質から
なり、試料表面に最も接近あるいは接触する先端部分に
アイランド状の金属を有することを特徴とする。また、
前記透明な材質からなるピックアップの材料として導電
性のダイヤモンドを用いたことを特徴とする。
【0014】さらに、前記アイランド状金属の材料とし
て、Au、Ag、Cu、Pt、W、Pdのいずれかの金
属、あるいは少なくともそれらのうちの1元素を含む合
金を用いたことを特徴とする。
て、Au、Ag、Cu、Pt、W、Pdのいずれかの金
属、あるいは少なくともそれらのうちの1元素を含む合
金を用いたことを特徴とする。
【0015】本発明のようなピックアップを用いて、試
料表面を走査すると、入射光がピックアップ先端に到達
したとき、試料表面では前述の表面増強ラマン分光法と
同一の効果が発生する。入射光が、ピックアップ先端に
形成されたアイランド状金属表面の表面プラズモンと共
鳴し、入射光よりも大きな電場が表面近傍に誘起され、
結果的に測定の際の感度を大幅に向上させることにな
る。また、上記金属表面に誘起された電場は、空間的に
急激に減衰するので、表面近傍の情報を選択的に抽出
し、S/N比のよいデータを提供する。また、このよう
にアイランド状金属をピックアップ側につけることによ
り、測定試料毎に形成するアイランド状金属の形状、サ
イズが異なることにより増強度がばらつくという表面増
強ラマン分光法の欠点を無くすことができ、かつそれぞ
れの測定試料に対して、アイランド状金属を形成すると
いう工程を省くことができ、試料表面を汚染することも
ない。
料表面を走査すると、入射光がピックアップ先端に到達
したとき、試料表面では前述の表面増強ラマン分光法と
同一の効果が発生する。入射光が、ピックアップ先端に
形成されたアイランド状金属表面の表面プラズモンと共
鳴し、入射光よりも大きな電場が表面近傍に誘起され、
結果的に測定の際の感度を大幅に向上させることにな
る。また、上記金属表面に誘起された電場は、空間的に
急激に減衰するので、表面近傍の情報を選択的に抽出
し、S/N比のよいデータを提供する。また、このよう
にアイランド状金属をピックアップ側につけることによ
り、測定試料毎に形成するアイランド状金属の形状、サ
イズが異なることにより増強度がばらつくという表面増
強ラマン分光法の欠点を無くすことができ、かつそれぞ
れの測定試料に対して、アイランド状金属を形成すると
いう工程を省くことができ、試料表面を汚染することも
ない。
【0016】
【発明の実施の形態】(実施例1)本発明の実施例1と
してフォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップについ
て図1を参照して説明を行う。図1は本実施例で用いた
ピックアップ先端部の拡大図である。ピックアップは光
ファイバーで出来た光導波部1の先端部以外をAuコー
ト膜2で被覆し、かつ測定試料4に最も近接する部位に
10〜20nm程度の直径のアイランド状Ag3を抵抗
加熱法により蒸着したものである。但し、ここで用いた
材料およびアイランドのサイズは変更可能であり、測定
に用いる光の波長などによって異なる。本実施例ではラ
マン測定の入射光としてAr+レーザ(488nm)を
用いたため、アイランド状Ag3の直径は10〜20n
m程度(膜厚2〜6nm)にした。この条件で蒸着した
アイランド状Ag3は480nm近傍に表面プラズモン
による光吸収のピークをもち、Ar+レーザ(488n
m)で表面プラズモンを共鳴励起することが可能であ
る。
してフォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップについ
て図1を参照して説明を行う。図1は本実施例で用いた
ピックアップ先端部の拡大図である。ピックアップは光
ファイバーで出来た光導波部1の先端部以外をAuコー
ト膜2で被覆し、かつ測定試料4に最も近接する部位に
10〜20nm程度の直径のアイランド状Ag3を抵抗
加熱法により蒸着したものである。但し、ここで用いた
材料およびアイランドのサイズは変更可能であり、測定
に用いる光の波長などによって異なる。本実施例ではラ
マン測定の入射光としてAr+レーザ(488nm)を
用いたため、アイランド状Ag3の直径は10〜20n
m程度(膜厚2〜6nm)にした。この条件で蒸着した
アイランド状Ag3は480nm近傍に表面プラズモン
による光吸収のピークをもち、Ar+レーザ(488n
m)で表面プラズモンを共鳴励起することが可能であ
る。
【0017】測定の際、入射光5は光導波部1の先端方
向へ入射し、散乱光8は光導波部の側面方向から取り出
し、分光器で分光を行った。本実施例では入射光、散乱
光の配置として上記配置を用いたが、入射光6の方向か
ら入射することも可能で、また散乱光7のように光導波
部1の先端方向側から取り出すことも可能である。
向へ入射し、散乱光8は光導波部の側面方向から取り出
し、分光器で分光を行った。本実施例では入射光、散乱
光の配置として上記配置を用いたが、入射光6の方向か
ら入射することも可能で、また散乱光7のように光導波
部1の先端方向側から取り出すことも可能である。
【0018】次に、ダイヤモンド基板上のアモルファス
カーボン(膜厚10nm)を従来のフォトン走査トンネ
ル顕微鏡用ピックアップと本発明によるフォトン走査ト
ンネル顕微鏡用ピックアップで測定したラマンスペクト
ル測定結果を図2に示す。図2に示すように従来のフォ
トン走査トンネル顕微鏡用ピックアップでは感度よく測
定できなかったラマンスペクトルが、本発明のフォトン
走査トンネル顕微鏡用ピックアップにより感度よく測定
できるようになった。
カーボン(膜厚10nm)を従来のフォトン走査トンネ
ル顕微鏡用ピックアップと本発明によるフォトン走査ト
ンネル顕微鏡用ピックアップで測定したラマンスペクト
ル測定結果を図2に示す。図2に示すように従来のフォ
トン走査トンネル顕微鏡用ピックアップでは感度よく測
定できなかったラマンスペクトルが、本発明のフォトン
走査トンネル顕微鏡用ピックアップにより感度よく測定
できるようになった。
【0019】(実施例2)本発明の実施例2としてフォ
トン走査トンネル顕微鏡(PSTM)測定と原子間力顕
微鏡(AFM)測定とを行う事ができるカンチレバー型
のピックアップについて図3を参照して説明を行う。図
3は本実施例に用いたピックアップ先端部の拡大図であ
る。実施例1と同一符号は同一なものを示す。符号9は
ピックアップであり、11はカンチレバーであり、12
はカンチレバーに設けられたラマン散乱測定用入射光及
びラマン散乱光透過用穴である。ピックアップ9はダイ
ヤモンドからなっており、先端部以外の部分はAuコー
ト膜2が形成されている。本実施例ではピックアップ9
の材料としてダイヤモンドを用いたが、測定に用いる光
に対して透明で、かつ硬度の高い材料であれば使用可能
である。また測定試料4に最も接近するピックアップ先
端部には10〜20nm程度(膜厚2〜6nm)の直径
のアイランド状Ag3を抵抗加熱法により蒸着した。但
し、ここで用いた材料およびアイランドのサイズは変更
可能であり、測定に用いる光の波長などによって異な
る。本実施例ではAr+レーザ(488nm)を用いた
ため、アイランド状Ag3の直径は10〜20nm程度
にした。実施例1同様、この条件で蒸着したアイランド
状Agは480nm近傍に表面プラズモンによる光吸収
のピークをもち、Ar+レーザ(488nm)で表面プ
ラズモンを共鳴励起することが可能である。
トン走査トンネル顕微鏡(PSTM)測定と原子間力顕
微鏡(AFM)測定とを行う事ができるカンチレバー型
のピックアップについて図3を参照して説明を行う。図
3は本実施例に用いたピックアップ先端部の拡大図であ
る。実施例1と同一符号は同一なものを示す。符号9は
ピックアップであり、11はカンチレバーであり、12
はカンチレバーに設けられたラマン散乱測定用入射光及
びラマン散乱光透過用穴である。ピックアップ9はダイ
ヤモンドからなっており、先端部以外の部分はAuコー
ト膜2が形成されている。本実施例ではピックアップ9
の材料としてダイヤモンドを用いたが、測定に用いる光
に対して透明で、かつ硬度の高い材料であれば使用可能
である。また測定試料4に最も接近するピックアップ先
端部には10〜20nm程度(膜厚2〜6nm)の直径
のアイランド状Ag3を抵抗加熱法により蒸着した。但
し、ここで用いた材料およびアイランドのサイズは変更
可能であり、測定に用いる光の波長などによって異な
る。本実施例ではAr+レーザ(488nm)を用いた
ため、アイランド状Ag3の直径は10〜20nm程度
にした。実施例1同様、この条件で蒸着したアイランド
状Agは480nm近傍に表面プラズモンによる光吸収
のピークをもち、Ar+レーザ(488nm)で表面プ
ラズモンを共鳴励起することが可能である。
【0020】ピックアップの材料として硬度が高く、ま
た測定に用いている可視光領域で透明なダイヤモンドを
用いることで、PSTM、AFMを同一の探針で測定す
ることが可能であり、本発明の方法により高感度のラマ
ン分光測定が可能になった。また、PSTMの試料位置
決定にAFMを用いることで、絶縁物の測定が可能であ
るだけでなく、反射率等の光学的な性質が近いような物
質についても表面形状により試料位置の決定が簡単に行
える。また、ここでは、入射光5および散乱光8の配置
を取ったが、実施例1と同様に入射光6及び散乱光7の
ように配置は場合に応じて変更可能である。
た測定に用いている可視光領域で透明なダイヤモンドを
用いることで、PSTM、AFMを同一の探針で測定す
ることが可能であり、本発明の方法により高感度のラマ
ン分光測定が可能になった。また、PSTMの試料位置
決定にAFMを用いることで、絶縁物の測定が可能であ
るだけでなく、反射率等の光学的な性質が近いような物
質についても表面形状により試料位置の決定が簡単に行
える。また、ここでは、入射光5および散乱光8の配置
を取ったが、実施例1と同様に入射光6及び散乱光7の
ように配置は場合に応じて変更可能である。
【0021】次に、測定を行った幅200nmの直線状
Al0.5Ga0.5Asパターン(膜厚15nm、下地Ga
As基板)のパターン部を従来の光ピックアップと本発
明による光ピックアップで測定したラマンスペクトル測
定結果を図4に示す。図4に示すように従来の光ピック
アップでは感度よく測定できなかったラマンスペクトル
が、本発明の光ピックアップにより感度よく測定できる
ようになった。
Al0.5Ga0.5Asパターン(膜厚15nm、下地Ga
As基板)のパターン部を従来の光ピックアップと本発
明による光ピックアップで測定したラマンスペクトル測
定結果を図4に示す。図4に示すように従来の光ピック
アップでは感度よく測定できなかったラマンスペクトル
が、本発明の光ピックアップにより感度よく測定できる
ようになった。
【0022】(実施例3)本発明の実施例3としてフォ
トン走査トンネル顕微鏡(PSTM)測定と走査型トン
ネル顕微鏡(STM)測定とを行う事ができるピックア
ップについて図5を参照して説明を行う。図5はピック
アップ先端部の拡大図である。実施例2と同一符号は同
一なものをしめし、符号10はピックアップである。こ
こではピックアップ10の材料として導電性のダイヤモ
ンドを用いたが、測定に用いる光に対して透明で、かつ
プローブ電流を流すことの出来る材料であれば使用可能
である。ピックアップ10は導電性のダイヤモンドから
なっており、先端部以外はAuコート膜2が形成されて
いる。また、試料4に最も接近するピックアップ先端部
には10〜20nm程度(膜厚2〜6nm)の直径のア
イランド状Ag3を抵抗加熱法により蒸着した。但し、
ここで用いたコート材料およびアイランドのサイズは変
更可能であり、測定に用いる光の波長などによって異な
る。本実施例ではAr+レーザ(488nm)を用いた
ため、アイランド状Ag3の直径は10〜20nm程度
にした。実施例1、2と同様に、この条件で蒸着したア
イランド状Ag3は480nm近傍に表面プラズモンに
よる光吸収のピークをもち、Ar+レーザ(488n
m)で表面プラズモンを共鳴励起することが可能であ
る。またここでは、入射光5および散乱光7の配置を取
ったが、配置は場合に応じて変更可能である。
トン走査トンネル顕微鏡(PSTM)測定と走査型トン
ネル顕微鏡(STM)測定とを行う事ができるピックア
ップについて図5を参照して説明を行う。図5はピック
アップ先端部の拡大図である。実施例2と同一符号は同
一なものをしめし、符号10はピックアップである。こ
こではピックアップ10の材料として導電性のダイヤモ
ンドを用いたが、測定に用いる光に対して透明で、かつ
プローブ電流を流すことの出来る材料であれば使用可能
である。ピックアップ10は導電性のダイヤモンドから
なっており、先端部以外はAuコート膜2が形成されて
いる。また、試料4に最も接近するピックアップ先端部
には10〜20nm程度(膜厚2〜6nm)の直径のア
イランド状Ag3を抵抗加熱法により蒸着した。但し、
ここで用いたコート材料およびアイランドのサイズは変
更可能であり、測定に用いる光の波長などによって異な
る。本実施例ではAr+レーザ(488nm)を用いた
ため、アイランド状Ag3の直径は10〜20nm程度
にした。実施例1、2と同様に、この条件で蒸着したア
イランド状Ag3は480nm近傍に表面プラズモンに
よる光吸収のピークをもち、Ar+レーザ(488n
m)で表面プラズモンを共鳴励起することが可能であ
る。またここでは、入射光5および散乱光7の配置を取
ったが、配置は場合に応じて変更可能である。
【0023】本実施例のようにピックアップの材料とし
て導電性があり、かつ測定を行う可視光領域で透過率の
高いダイヤモンドを用いることで、フォトン走査トンネ
ル顕微鏡(PSTM)、走査型トンネル顕微鏡(ST
M)測定とを同一のピックアップで測定でき、かつ本実
施例の方法により高感度でのラマン分光測定が可能にな
った。また、PSTMの試料位置決定にSTMを用いる
ことで、表面形状に凹凸がない試料や光学的な性質が近
い試料でも、導電性があれば、トンネル電流の変化によ
り測定位置の決定が簡単に行える。本実施例ではGaA
s(1μm)/Al0.5Ga0.5As(100nm)/G
aAs基板の断面方向からの測定を行い、実施例2と同
様に、幅100nmのAl0.5Ga0.5As層のラマンス
ペクトルを得ることができた。
て導電性があり、かつ測定を行う可視光領域で透過率の
高いダイヤモンドを用いることで、フォトン走査トンネ
ル顕微鏡(PSTM)、走査型トンネル顕微鏡(ST
M)測定とを同一のピックアップで測定でき、かつ本実
施例の方法により高感度でのラマン分光測定が可能にな
った。また、PSTMの試料位置決定にSTMを用いる
ことで、表面形状に凹凸がない試料や光学的な性質が近
い試料でも、導電性があれば、トンネル電流の変化によ
り測定位置の決定が簡単に行える。本実施例ではGaA
s(1μm)/Al0.5Ga0.5As(100nm)/G
aAs基板の断面方向からの測定を行い、実施例2と同
様に、幅100nmのAl0.5Ga0.5As層のラマンス
ペクトルを得ることができた。
【0024】また、上記に示す実施例1、2、3におい
ては探針先端につけるアイランド状金属の材料としてA
gを用いたが、この材料は測定に用いる光の波長によっ
て変更可能であり、耐酸化性、アイランド粒径から考え
てAu、Ag、Cu、Pt、W、Pdのいずれかの金
属、あるいは少なくともそれらのうちの1元素を含む合
金を用いることもできる。
ては探針先端につけるアイランド状金属の材料としてA
gを用いたが、この材料は測定に用いる光の波長によっ
て変更可能であり、耐酸化性、アイランド粒径から考え
てAu、Ag、Cu、Pt、W、Pdのいずれかの金
属、あるいは少なくともそれらのうちの1元素を含む合
金を用いることもできる。
【0025】 また、本実施例ではアイランド状金属の
直径を10nm〜20nmとしたが、直径の大きさは、
使用される金属種や表面プラズモンを共鳴させる波長に
よって最適な大きさが存在し、実用的には10nm〜3
0nmの直径を有するアイランド状金属とすることが好
ましい。また、アイランド状金属で覆われるピックアッ
プ先端部の被覆率も実用的には10〜40%程度が好ま
しかった。
直径を10nm〜20nmとしたが、直径の大きさは、
使用される金属種や表面プラズモンを共鳴させる波長に
よって最適な大きさが存在し、実用的には10nm〜3
0nmの直径を有するアイランド状金属とすることが好
ましい。また、アイランド状金属で覆われるピックアッ
プ先端部の被覆率も実用的には10〜40%程度が好ま
しかった。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、フォトン走査トンネル
顕微鏡(PSTM)を用いたラマン分光測定において、
試料表面を汚染することなく表面増強ラマン分光法の効
果を得ることができ、高感度でかつ高分解能で測定を行
うことが出来るようになる。また、試料上でのラマン分
光測定位置決定にAFM、STMを用いることで、単純
な光学的位置決定が行えない試料についても、表面形状
により位置決定が可能な試料(絶縁体、導体によらな
い)や、トンネル電流の変化から位置決定が可能な導体
試料であれば、位置決定を簡単に行うことが出来る。
顕微鏡(PSTM)を用いたラマン分光測定において、
試料表面を汚染することなく表面増強ラマン分光法の効
果を得ることができ、高感度でかつ高分解能で測定を行
うことが出来るようになる。また、試料上でのラマン分
光測定位置決定にAFM、STMを用いることで、単純
な光学的位置決定が行えない試料についても、表面形状
により位置決定が可能な試料(絶縁体、導体によらな
い)や、トンネル電流の変化から位置決定が可能な導体
試料であれば、位置決定を簡単に行うことが出来る。
【図1】本発明に係る実施例1のフォトン走査トンネル
顕微鏡(PSTM)用ピックアップ先端部の概略図であ
る。
顕微鏡(PSTM)用ピックアップ先端部の概略図であ
る。
【図2】従来のピックアップおよび実施例1のフォトン
走査トンネル顕微鏡(PSTM)用ピックアップを用い
て測定を行ったラマンスペクトルの測定結果である。
走査トンネル顕微鏡(PSTM)用ピックアップを用い
て測定を行ったラマンスペクトルの測定結果である。
【図3】本発明に係る実施例2のフォトン走査トンネル
顕微鏡(PSTM)、カンチレバー型原子間力顕微鏡
(AFM)測定用ピックアップ先端部の概略図である。
顕微鏡(PSTM)、カンチレバー型原子間力顕微鏡
(AFM)測定用ピックアップ先端部の概略図である。
【図4】従来のピックアップおよび実施例2に記載のフ
ォトン走査トンネル顕微鏡(PSTM)、カンチレバー
型原子間力顕微鏡(AFM)測定用ピックアップを用い
て測定を行ったラマンスペクトルの測定結果である。
ォトン走査トンネル顕微鏡(PSTM)、カンチレバー
型原子間力顕微鏡(AFM)測定用ピックアップを用い
て測定を行ったラマンスペクトルの測定結果である。
【図5】本発明に係る実施例3のフォトン走査トンネル
顕微鏡(PSTM)、走査型トンネル顕微鏡(STM)
測定用ピックアップ先端部の概略図である。
顕微鏡(PSTM)、走査型トンネル顕微鏡(STM)
測定用ピックアップ先端部の概略図である。
【図6】従来のフォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)を示す概略図である。
M)を示す概略図である。
【図7】従来のフォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)を用いた分光測定用装置を示す概略図である。
M)を用いた分光測定用装置を示す概略図である。
1 光導波部
2 Auコート膜
3 アイランド状Ag
4 測定試料
5、6 入射光
8、7 散乱光
9、10 ピックアップ
11 カンチレバー
12 カンチレバーに設けられてラマン散乱測定用入射
光及びラマン散乱光透過用穴
光及びラマン散乱光透過用穴
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 幡 俊雄
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号
シャープ株式会社内
(72)発明者 高木 悛公
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号
シャープ株式会社内
(56)参考文献 特開 平9−196937(JP,A)
特開 平9−329605(JP,A)
特表 平9−500964(JP,A)
特表 平9−510296(JP,A)
芦野慎,“ナノセンシング用3次元局
在プラズモン共鳴プローブの開発”,平
成8年度第4回新世代研究所研究助成研
究成果報告会研究成果報告書,日本,財
団法人新世代研究所,1997年 5月22
日,p.123−129
T.Saiki,S.Mononob
e,M.Ohtsu,N.Saito
and J.Kusano,”Spat
ially resolved pho
toluminescence spe
ctroscopy of later
al p−n junctions”,
Applied Physics Le
tters,米国,American
Institute of Physi
cs,1995年10月 9日,第67巻、第15
号,p.2191−2193
H.Ishida,H.Fukud
a,G.katagiri,and
A.Ishitani,”An App
lication of Surfac
e−Enhanced Raman S
cattering”,Applied
Spectroscopy,Soci
ety for Applied Sp
ectroscopy,1986年,第40
巻、第3号,p。322−330
芦野慎、大津元一,“局在プラズモン
共鳴プローブの開発”,1997年(平成9
年)秋季第58回応用物理学会学術講演会
予稿集第3分冊,日本,社団法人応用物
理学会,1997年10月 2日,4p−L−
12,p.975
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01N 13/10 - 13/24
G12B 21/00 - 21/24
G01J 3/00 - 3/52
G01N 21/27
G01N 21/62 - 21/74
JICSTファイル(JOIS)
Claims (7)
- 【請求項1】 フォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)用ピックアップであって、試料表面に最も接近ある
いは接触する先端部分にアイランド状金属を有すること
を特徴とするフォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアッ
プ。 - 【請求項2】 フォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)測定と原子間力顕微鏡(AFM)測定とを行うこと
ができるカンチレバー型の装置に用いるピックアップで
あって、ピックアップが測定に用いる光に対して透明な
材質からなり、試料表面に最も接近あるいは接触する先
端部分にアイランド状金属を有することを特徴とするフ
ォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ。 - 【請求項3】 前記ピックアップの材料としてダイヤモ
ンドを用いたことを特徴とする請求項2に記載のフォト
ン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ。 - 【請求項4】 フォトン走査トンネル顕微鏡(PST
M)測定と走査型トンネル顕微鏡(STM)測定とを行
うことができる装置に用いるピックアップであって、ピ
ックアップが測定に用いる光に対して透明な材質からな
り、試料表面に最も接近あるいは接触する先端部分にア
イランド状金属を有することを特徴とするフォトン走査
トンネル顕微鏡用ピックアップ。 - 【請求項5】 前記ピックアップの材料として導電性の
ダイヤモンドを用いたことを特徴とする請求項3に記載
のフォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ。 - 【請求項6】 前記アイランド状金属の材料として、A
u、Ag、Cu、Pt、W、Pdのいずれかの金属、あ
るいは少なくともそれらのうちの1元素を含む合金を用
いたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載
のフォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ。 - 【請求項7】 前記アイランド状金属の直径が、10n
m〜30nmであることを特徴とする請求項1乃至6の
いずれかに記載のフォトン走査トンネル顕微鏡用ピック
アップ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3858598A JP3439645B2 (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | フォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3858598A JP3439645B2 (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | フォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11237391A JPH11237391A (ja) | 1999-08-31 |
JP3439645B2 true JP3439645B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=12529382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3858598A Expired - Fee Related JP3439645B2 (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | フォトン走査トンネル顕微鏡用ピックアップ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3439645B2 (ja) |
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US7151598B2 (en) * | 2003-04-04 | 2006-12-19 | Vladimir Poponin | Method and apparatus for enhanced nano-spectroscopic scanning |
CN100476379C (zh) * | 2003-04-04 | 2009-04-08 | Vp控股有限公司 | 用于增强的纳米-光谱扫描的方法和装置 |
FR2860872A1 (fr) * | 2003-10-09 | 2005-04-15 | Commissariat Energie Atomique | Micro-capteurs et nano-capteurs d'especes chimiques et biologiques a plasmons de surface |
AU2005246415B8 (en) | 2004-05-19 | 2011-09-01 | Vp Holding, Llc | Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by SERS |
JP2007147607A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-06-14 | Toray Res Center:Kk | 試料の応力または歪みを測定する方法 |
JP2007205779A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Toyohashi Univ Of Technology | 近接場光装置およびその製造方法 |
JP4756270B2 (ja) * | 2006-07-13 | 2011-08-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光学分光測定方法及び装置 |
JP5033609B2 (ja) * | 2007-03-12 | 2012-09-26 | 株式会社日立製作所 | 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法 |
JP4818197B2 (ja) * | 2007-05-14 | 2011-11-16 | キヤノン株式会社 | 表面増強振動分光分析用プローブおよびその製造方法 |
JP5216509B2 (ja) | 2008-03-05 | 2013-06-19 | 株式会社日立製作所 | 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法 |
JP5098955B2 (ja) * | 2008-04-16 | 2012-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | 近接場光プローブ |
WO2017062784A1 (en) | 2015-10-07 | 2017-04-13 | The Regents Of The University Of California | Graphene-based multi-modal sensors |
-
1998
- 1998-02-20 JP JP3858598A patent/JP3439645B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
H.Ishida,H.Fukuda,G.katagiri,and A.Ishitani,"An Application of Surface−Enhanced Raman Scattering",Applied Spectroscopy,Society for Applied Spectroscopy,1986年,第40巻、第3号,p。322−330 |
T.Saiki,S.Mononobe,M.Ohtsu,N.Saito and J.Kusano,"Spatially resolved photoluminescence spectroscopy of lateral p−n junctions",Applied Physics Letters,米国,American Institute of Physics,1995年10月 9日,第67巻、第15号,p.2191−2193 |
芦野慎,"ナノセンシング用3次元局在プラズモン共鳴プローブの開発",平成8年度第4回新世代研究所研究助成研究成果報告会研究成果報告書,日本,財団法人新世代研究所,1997年 5月22日,p.123−129 |
芦野慎、大津元一,"局在プラズモン共鳴プローブの開発",1997年(平成9年)秋季第58回応用物理学会学術講演会予稿集第3分冊,日本,社団法人応用物理学会,1997年10月 2日,4p−L−12,p.975 |
Also Published As
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JPH11237391A (ja) | 1999-08-31 |
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