JP3478955B2 - トンネル電流検出装置における疑似電流防止装置 - Google Patents

トンネル電流検出装置における疑似電流防止装置

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JP3478955B2 JP26374697A JP26374697A JP3478955B2 JP 3478955 B2 JP3478955 B2 JP 3478955B2 JP 26374697 A JP26374697 A JP 26374697A JP 26374697 A JP26374697 A JP 26374697A JP 3478955 B2 JP3478955 B2 JP 3478955B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル効果の原
理を利用して探針と試料との間に流れるトンネル電流を
検出することにより試料の原子像の観察を行う走査型ト
ンネル電子顕微鏡(以下、STMともいう)等に用いら
れてるトンネル電流を検出するトンネル電流検出装置の
技術分野に属し、特にトンネル電流ーバイアス電圧(I
−V)特性を測定する時に発生する容量結合による疑似
電流を防止してより正確なトンネル電流を検出すること
のできるトンネル電流検出装置における疑似電流防止装
置の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】先端を先鋭化した金属の探針を試料に接
近させ、この間に小さなバイアス電圧をかけると、探針
と試料間の真空間隙を通って電子が移動する、いわゆる
トンネル効果の原理を利用した走査型トンネル電子顕微
鏡(STM)が、従来から開発されているが、さらにこ
のSTMの技術を応用した弾道電子放射顕微鏡(以下、
BEEM;Ballistic Electorn Emission Microscopeと
もいう)が開発されている。このBEEMにおいては、
通常、試料として、半導体表面に金属をコーティングし
たものが用いられるとともに、探針3と試料4との間を
流れるトンネル電流から、金属表面および半導体がアー
ス電位にされて、金属側から金属/半導体界面を通り抜
けた弾道電子が半導体側でBEEM電流として検出され
るようになっている。その場合、トンネル電流の検出に
あたって外乱ノイズを減少させる必要があるが、そのた
めに、このトンネル電流を検出するトンネル電流検出ラ
インに同軸ケーブルを用いてシールドし、また初段のI
−V変換アンプも同軸ケーブルのシールドと同じ電位の
ケースでシールドしている。一般的に、このシールドに
用いられる同軸ケーブルおよびケースは、ともにアース
電位(GND)に接続されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、I−V
変換アンプのI−V特性等のバイアス電位をあるスピー
ドで変化させる場合、バイアス電圧が印加されているト
ンネル電流検出ラインとそのシールドとの間の電位差が
より大きくなって、その間の容量結合により生じる電流
もより大きくなってしまう。そのために、トンネル電流
検出ラインに流れる真のトンネル電流以外の疑似電流
(ノイズ電流)がより大きくなり、正確なトンネル電流
を検出することができないばかりでなく、大きすぎる電
流値の検出感度(すなわちゲイン)を下げなければなら
ない。
【0004】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、トンネル電流検出ラインと
そのシールドとの間の容量結合により生じる疑似電流を
防止して、ゲインを下げることなく、正確なトンネル電
流を確実に検出することのできるトンネル電流検出装置
における疑似電流防止装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、試料に対向して試料表面を走
査する探針と、この探針にトンネル電流検出ラインを介
して接続され、かつこのトンネル電流検出ラインに流れ
る電流を電圧に変換するI−V変換アンプと、このI−
V変換アンプからの電圧を検出する差動アンプとを少な
くとも備え、探針を試料に接近させるとともに、これら
の探針と試料との間にバイアス電圧電源でバイアス電圧
をかけることにより、探針と試料間を通って流れるトン
ネル電流をトンネル電流検出ラインによって検出するト
ンネル電流検出装置において、前記トンネル電流検出ラ
インを同軸線の内側の導線で構成するとともに、この同
軸線の外側のシールド線を前記バイアス電圧電源に接続
していることを特徴としている。
【0006】また、請求項2の発明は、前記I−V変換
アンプをシールドケースでシールドするとともに、この
シールドケースを前記同軸線の外側のシールド線に接続
することを特徴としている。
【0007】更に、請求項3の発明は、前記探針を探針
用シールド部材でシールドするとともに、この探針用シ
ールド部材を前記同軸線の外側のシールド線に接続する
ことを特徴としている。
【0008】
【0009】
【作用】このような構成をした請求項1の発明のトンネ
ル電流検出装置における疑似電流防止装置においては、
I−V特性やBEEM電流のスペクトル等のバイアス電
圧を比較的速くスイープする場合に、トンネル電流検出
ラインの外側のシールド線がバイアス電位になるので、
トンネル電流検出ラインとシールド線との間の容量結合
がなくなり、その結果容量結合による疑似電流が発生し
なくなる。したがって、トンネル電流検出ラインには、
トンネル電流以外の疑似電流が流れないので、より正確
なトンネル電流が検出されるようになるとともに、電流
値が大きくなることはないので電流値の検出感度(すな
わちゲイン)を下げる必要がなくなる。
【0010】また、請求項2の発明においては、請求項
1に加えて、I/V変換アンプをシールドするシールド
ケースもバイアス電位になるので、I/V変換アンプと
シールドケースとの間の容量結合がなくなり、その結果
容量結合による疑似電流が更に確実に発生しなくなる。
したがって、更に一層正確なトンネル電流が検出される
ようになる。
【0011】更に、請求項3の発明においては、請求項
1または2に加えて、探針をシールドする探針用シール
ド部材もバイアス電位になるので、前述と同様にして疑
似電流が更に確実に発生しなくなり、更に一層正確なト
ンネル電流が検出されるようになる。
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明にかかるトンネル電流
検出装置における疑似電流防止装置の実施の形態の第1
例を示すブロック図である。
【0014】図1に示すように、この第1例の疑似電流
防止装置1は、X,Y,Z方向に変位可能なスキャナ2の
先端にトンネル電流検出用の探針(チップ)3が取り付
けられているとともに、この探針3に対向して試料4が
配設されている。
【0015】探針3は同軸線5の内側の導線から構成さ
れるトンネル電流検出ライン5aによりI/V変換アン
プ6に接続されていて、探針3に流れるトンネル電流が
このトンネル電流検出ライン5aを介してI/V変換ア
ンプ6に流れるようになっており、さらに、その後段で
差動アンプ7により、I/V変換アンプ6に流れ込んだ
電流に相当する電圧のみが検出されるようになってい
る。そして、同軸線5の外側のシールド線5bがバイア
ス電圧電源8にそれぞれ接続されている。
【0016】このように構成された第1例の疑似電流防
止装置1においては、I−V特性やBEEM電流のスペ
クトル等のバイアス電圧を比較的速くスイープする場合
は、トンネル電流検出ライン5aのシールド線5bがバ
イアスで電圧電源8のバイアス電位になるので、トンネ
ル電流検出ライン5aとシールド線5bとの間の容量結
合がなくなり、その結果容量結合による疑似電流が発生
しなくなる。したがって、トンネル電流検出ライン5a
には真のトンネル電流以外の疑似電流が流れないので、
より正確なトンネル電流を検出することができるととも
に、電流値が大きくなることはないので電流値の検出感
度(すなわちゲイン)を下げる必要もなくなる。
【0017】図2は、本発明の実施の形態の第2例を示
すブロック図である。なお、前述の第1例と同じ構成要
素には同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省
略する。
【0018】図2に示すように、この第2例の疑似電流
防止装置1は、前述の第1例において、更にI/V変換
アンプ6がシールドケース9によってシールドされてい
る。そして、このシールドケース9が同軸線5のシール
ド線5bおよびバイアス電圧電源8にそれぞれ接続され
ている。この第2例の他の構成は、第1例と同じであ
る。
【0019】このように構成された第2例の疑似電流防
止装置1においては、トンネル電流検出ライン5aのシ
ールド線5bと同様に、I/V変換アンプ6のシールド
ケース9も同じバイアス電位になるので、更に一層疑似
電流が発生しなくなる。したがって、より正確なトンネ
ル電流を検出することができるようになる。この第2例
の他の作用効果は、第1例と同じである。
【0020】図3は、本発明の実施の形態の第3例を示
すブロック図である。なお、前述の第1および第2例と
同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細
な説明は省略する。
【0021】図3に示すように、この第3例の疑似電流
防止装置1は、前述の第2例において、更に探針3が探
針用シールド部材10によってシールドされている。そ
して、このシールド部材10が同軸線5のシールド線5
bに接続され、更にこのシールド線5bを介してバイア
ス電圧電源8にそれぞれ接続されている。この第3例の
他の構成は、第1および第2例と同じである。
【0022】このように構成された第3例の疑似電流防
止装置1においては、トンネル電流検出ライン5aのシ
ールド線5bおよびI/V変換アンプ6のシールドケー
ス9と同様に、探針用シールド部材10も同じバイアス
電位になるので、更に一層疑似電流が発生しなくなる。
したがって、より正確なトンネル電流を検出することが
できるようになる。この第3例の他の作用効果は、第1
および第2例と同じである。
【0023】図4は、本発明の実施の形態の第4例を示
すブロック図である。なお、前述の第1ないし第3例と
同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、その詳細
な説明は省略する。
【0024】図4に示すように、この第4例の疑似電流
防止装置1は、前述の第3例において、更に同軸線5が
第2の同軸線11によりアース(GND)シールドされ
ているとともに、差動アンプ7、シールドケース8、お
よびバイアス電圧電源9がともに第2のシールドケース
12によりアースシールドされている。
【0025】この第4例のトンネル電流検出装置の他の
構成は、第1ないし第3例と同じである。
【0026】このように構成された第4例の疑似電流防
止装置1においては、同軸線5をシールドする第2の同
軸線11と第2のシールドケース12とがともにアース
電位になるので、更に一層疑似電流が発生しなくなる。
したがって、より正確なトンネル電流を検出することが
できるようになる。この第4例の他の作用効果は、第
1、第2および第3例と同じである。
【0027】この第4例の場合は、BEEMに限定され
ることなく、探針にバイアス電圧を印加することにより
発生するトンネル電流を検出するようなトンネル電流検
出タイプのSTM全般に適用することができる。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のトンネル電流検出装置における疑似電流防止装置によ
れば、トンネル電流検出ラインに、トンネル電流以外の
疑似電流が流れないようにしているので、より正確なト
ンネル電流を検出できる。また、電流値が大きくなるこ
とはないので、電流値の検出感度(すなわちゲイン)を
下げないで済むようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるトンネル電流検出における疑
似電流防止装置の実施の形態の第1例を示すブロック図
である。
【図2】 本発明の実施の形態の第2例を示すブロック
図である。
【図3】 本発明の実施の形態の第3例を示すブロック
図である。
【図4】 本発明の実施の形態の第4例を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1…弾道電子放射顕微鏡(BEEM)、2…スキャナ、
3…探針(チップ)、4…試料、5…同軸線、6…I/
V変換アンプ、7…差動アンプ、8…バイアス電圧電
源、9…シールドケース、10…探針用シールド部材、
11…第2の同軸線、12…第2のシールドケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−274704(JP,A) 特開 平9−178759(JP,A) 特開 平6−94410(JP,A) 特開 平6−176732(JP,A) 特開 平6−117850(JP,A) 特開 平11−14640(JP,A) 特公 平7−58164(JP,B2) 特表2001−517804(JP,A) 特許3399781(JP,B2) 国際公開96/35943(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料に対向して試料表面を走査する探針
    と、この探針にトンネル電流検出ラインを介して接続さ
    れ、かつこのトンネル電流検出ラインに流れる電流を電
    圧に変換するI−V変換アンプと、このI−V変換アン
    プからの電圧を検出する差動アンプとを少なくとも備
    え、探針を試料に接近させるとともに、これらの探針と
    試料との間にバイアス電圧電源でバイアス電圧をかける
    ことにより、探針と試料間を通って流れるトンネル電流
    をトンネル電流検出ラインによって検出するトンネル電
    流検出装置において、 前記トンネル電流検出ラインを同軸線の内側の導線で構
    成するとともに、この同軸線の外側のシールド線を前記
    バイアス電圧電源に接続していることを特徴とするトン
    ネル電流検出装置における疑似電流防止装置。
  2. 【請求項2】 前記I−V変換アンプをシールドケース
    でシールドするとともに、このシールドケースを前記同
    軸線の外側のシールド線に接続することを特徴とする請
    求項1記載のトンネル電流検出装置における疑似電流防
    止装置。
  3. 【請求項3】 前記探針を探針用シールド部材でシール
    ドするとともに、この探針用シールド部材を前記同軸線
    の外側のシールド線に接続することを特徴とする請求項
    1または2記載のトンネル電流検出装置における疑似電
    流防止装置。
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