JP3639744B2 - Signal detection device using scanning probe with piezoresistive cantilever - Google Patents

Signal detection device using scanning probe with piezoresistive cantilever Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、探針と媒体を接近させることによって生じる物理現象を利用した観察装置や記録再生装置等に適用される走査型プローブによる信号検出装置に係り、特に探針と試料との間に働く物理的な力を測定し、それらの力信号の変化から観察対象物表面の微細な表面特性を測定する走査型プローブ顕微鏡に適用される変位検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、探針と試料とを接近させ、その時に生じる物理現象(トンネル現象、原子間力等)を利用して、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察できる走査型プローブ顕微鏡(以下SPMと略す)が開発され、単結晶、非晶質を問わず様々な物理量の実空間像を高い分解能で測定できるようになっている。
産業分野においては、SPMの原子あるいは分子サイズの高分解能を有する原理に着目し、特開昭63−161552号公報および特開昭63−161553号公報に開示されているように、媒体に記録層を用いることによる情報記録再生装置への応用、実用化が精力的に進められている。
【0003】
また上述のような装置への応用に際しては、そのスループットの向上のために、複数プローブの並列処理(マルチ化)が必要であり、その方面についても開発が進んでいる。プローブ作製技術については従来の半導体プロセスをベースにしてSOI基板などを用いた複数レバーの作製が行われている。
また、検出技術については、レーザー光をプローブ先端に当ててプローブの撓み量を戻り光の位置ずれから測定する光てこによる方式が従来は一般的であったが、マルチプローブからの信号検出の場合にはAFMを光てこによる検出系で行なうことは光学系の構成が非常に複雑になるばかりでなく、系自体の大きさも相当大きな物となってしまうことから、現在ではピエゾ抵抗体を利用した歪み検出をAFMレバーに設けることで、レバー撓み量をピエゾ抵抗体の抵抗変化で読み取るという方式が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ピエゾ抵抗体を用いたAFM(以降、ピエゾ抵抗AFMと記す)はその抵抗値を測定する為に抵抗ブリッジ回路等を用いて行なってきたが、その時の大きな問題点としてピエゾ抵抗の温度によるドリフトがあった。
ピエゾ抵抗はその名のとおり抵抗体であり、電流を流すことにより発熱する為、その熱によって抵抗体は温度変化を起こし、自らの抵抗値を変化させる。
プローブを含む空間が空気の流れなどがなく安定で、なお且つ近傍に何も物体がない場合には、熱平衡状態をとり、ある抵抗値に落ち着くが、実際のAFMではそのような状況は考えられない。すなわち、大気中でのAFMを考えた場合には空気の流れなどが生じることによってプローブの温度変化が生じている。
また、加えてSPMは全般に、プローブを観察試料に対して極めて小さな距離まで接近させる。この過程においてプローブと試料との間に熱交換が起こり、プローブの温度は変化する。
これらの現象による温度変化は、時間的には試料の凹凸信号などよりもゆっくりとした変化を示すが、ピエゾ抵抗自体の抵抗率を大きく変化させる為に、レバーの撓みによる抵抗変化のような微小な信号を検出する際に、大きな低周波ノイズとして感度やS/N比の低下を起こし問題となっている。
【0005】
そこで、本発明は、上記従来のものにおける課題を解決し、ピエゾ抵抗レバーの変位に伴う抵抗変化を電流測定によって行なう際に、撓んでいない状態の初期抵抗によって生じるオフセット電流を効率よく除去し、撓みによる抵抗変化に伴う電流変化を検出することによって、高感度に信号検出することができるピエゾ抵抗カンチレバーを備えた走査型プローブによる信号検出装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、ピエゾ抵抗カンチレバーを備えた走査型プローブによる信号検出装置を、つぎのように構成したことを特徴とするものである。
すなわち、ピエゾ抵抗を実装したカンチレバーによって形成されたプローブを備え、該プローブを接近制御部によって媒体に接近させ、媒体に対して相対走査し、バイアス印加手段によってピエゾ抵抗に一定バイアスを印加して該ピエゾ抵抗の変化を信号検出手段によって測定し、媒体の表面特性等を測定する走査型プローブによる信号検出装置であって、
前記信号検出手段は、ピエゾ抵抗を流れる電流を測定する電流測定手段と、該ピエゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去するためのオフセット電流除去手段とを有し、該オフセット電流除去手段が、一定電圧を発生する電圧源とトランジスタおよびトランジスタ制御部からなり、
該トランジスタ制御部が、前記電流測定手段の出力を参照して該トランジスタの電流値を制御し、
該トランジスタが、該トランジスタ制御部に制御されて前記電流測定手段に入力される電流からオフセット電流を差し引くフィードバック回路を構成していることを特徴としている。
また、本発明の信号検出装置は、前記トランジスタ制御部が、前記電流測定手段の低周波成分を検出してトランジスタの電流値を制御する構成を備えていることを特徴としている。
また、本発明の信号検出装置は、前記トランジスタ制御部が、積分器であることを特徴としている。
また、本発明の信号検出装置は、前記トランジスタ制御部が、積分器と加算器及び増幅器によって構成されていることを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記した構成により、ピエゾ抵抗体を歪み検出器として備えたSPMプローブにおいて、ピエゾ抵抗レバーの変位に伴う抵抗変化を電流測定によって行なう際に、撓んでいない状態の初期抵抗によって生じるオフセット電流をフィードバックにより効率よく除去し、撓みによる抵抗変化に伴う電流変化を検出することによって、高感度に信号を検出することができる。
【0008】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
本発明の実施例1に係るピエゾ抵抗AFM装置の概略を示すブロック図を図2に示す。
図2において、201はピエゾ抵抗を撓み検出素子として実装したカンチレバー型の変位検出プローブである。
このレバー型プローブの具体的な構成は、図3に示されている。図3において、301はレバー先端部上に配置されている円錐型の探針であり、レバー先端部ピエゾ抵抗体304上に電気的に接触する形で配置されている。303はシリコン基板、302は配線パターン、305は基板と配線の電気的な絶縁をとる為のシリコン酸化膜である。このプローブの大きさは、今回作製したカンチレバーはWとして20μm、Lとして100μm、Hとして2μmとした。このレバーの共振周波数はおよそ15kHzであった。
【0009】
つぎに、図2に基づいてピエゾ抵抗AFM装置の作動を説明する。
まず、レバー型プローブ201と観察試料202とは、原子間力などにより相互に力を及ぼし合うように、接近制御部209によって接近させる。所定の力にまでプローブと試料202を接近させた後、走査信号生成部207によって走査信号が生成され、その信号がアンプ208をとおってステージ203のXY駆動機構に印加されると、ステージは試料面内方向に駆動される。それによりプローブ201は試料面内を相対走査し、力変化の情報すなわち試料面の凹凸情報をレバーの撓みとして受け、ピエゾ抵抗の変化という形で出力する。
すなわち、ピエゾ抵抗の変化は、バイアス印加手段によってピエゾ抵抗に一定バイアスを印加して該ピエゾ抵抗の変化を信号測定部204により測定し、その情報は制御部210に伝達する。
制御部210は、主に接近制御部209、走査信号生成部207に対して、設定部206によりオペレータ等が入力した設定値に基づいた制御を行なっている。また、加えて信号測定部204からの信号を可視化する為の画像信号を生成しモニタ205へ送る仕事も行なっている。
【0010】
次に本発明で特徴的な信号測定部204の詳細を述べる。
信号測定部204はピエゾ抵抗レバーの撓み量をピエゾ抵抗値の変化から検出する部分である。
抵抗の変化量を測定するには従来、図7に示すような抵抗ブリッジによる方法が一般的であった。そこでは、ピエゾ抵抗に直列に抵抗Rを入れ、ピエゾ抵抗にかかるバイアスに対する参照バイアスを新たに設けたRとRREFにより設定し、その差をアンプにより増幅するように構成されている。
しかしながらこの方法によれば、レバーのピエゾ抵抗値に合わせてRREFを設定する必要があり、温度変化などによってピエゾ抵抗が変化して釣り合いが崩れた場合には更に調整が必要となってくる。またその上、それらの変化を見込んだ上で後段の差動アンプのゲインを設定する必要があり、そのためにゲインを大きく取れないという点で問題があった。
【0011】
そこで、本発明における回路では、撓み信号検出を、ピエゾ抵抗に一定電圧を印加し出力される電流値のレバー撓みによる成分のみを測定することにより行なう。図1に示すようにレバー部ピエゾ抵抗は撓みがない場合のピエゾ抵抗Rsと撓んだときの抵抗変化ΔRsによりなる。したがって、そこを流れる電流もRsによる電流iとΔRsによる電流Δiに分けることができる。両方の電流の和が電流電圧変換部に入力されるが、そこからi成分のみを電源−VsとMOSトランジスタ(Pチャネル)によって設定される電流によって差し引くように構成する。この際MOSのゲート電圧Vcは電流制御回路101が電流電圧変換部の出力Voを参照して決定するようになっている。すなわちフィードバック回路を構成している。ここで、電流制御回路101はVoの低周波数成分を検出する回路である為、各種ローパスフィルタやアンプなどいろいろなものが考えられるが、本実施例では図4に示すような積分器を用いた。ここでPチャネルMOSトランジスタのゲート電圧・ドレイン電流特性は図5(a)に示すような形をしている為、積分器は非反転のものを用意し、ループゲインを調整する為の可変抵抗Rcを設けている。また、図1における電流電圧変換部の抵抗Rfは10MΩを用い、これにより変換ゲインは106となる。
【0012】
本実施例において、以上のように構成されたAFM測定器によってAFM測定を行なったところ、従来のピエゾ抵抗AFMにはない高感度、すなわち観測面に垂直方向の分解能として0.1nmが得られた。その時作製したレバーのピエゾ抵抗値は10kΩ、測定した撓みに対する抵抗変化の割合はΔRs/Rs=10-6(変位0.1nmあたり)であった。このため図1におけるiの値は約0.1mAでありΔiの値は0.1nAである。
本実施例ではまた、本回路構成においてMOSトランジスタを用いた部分に図5(b)に示したバイポーラトランジスタを用いた場合でも、全く同様に動作し、同様の分解能を得ることが可能であった。
なお、本実施例においては、プローブと試料との接近による相互作用として原子間力の例を行なったが、本発明においてはプローブと試料との間に物理的な力が働くことによってプローブが撓むことが必要なのであり、その力と原子間力を限定するものではない。たとえば、静電気力や磁力などによる力の相互作用も考えられる。
【0013】
[実施例2]
実施例1に示した回路において、MOSトランジスタを図6(b)に示す接合型電界効果トランジスタ(JFET)にした場合の実施例を示す。
本実施例ではPチャネルJFETを用いた。この場合にはトランジスタのゲート電圧・ドレイン電流の特性が図6(a)のようになる為、ゼロバイアスではOFFしないことから、図1に示す電流制御回路101を図8に示すものと交換した。
これは、積分器に一定電圧を足し込む回路を付けたもので図のVD、R1〜R4を調節することにより図6(a)のオフセット電圧Voffをキャンセルすることが可能である。
実施例1と同様のピエゾ抵抗カンチレバーをプローブとして用いてAFM測定を行なったところ観測面に垂直方向の分解能として0.1nmが得られた。なお、図1における抵抗値などのその他の定数は全く同様に設定した。
【0014】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ピエゾ抵抗レバーの変位に伴う抵抗変化を電流測定によって行なう際に、撓んでいない状態の初期抵抗によって生じるオフセット電流をフィードバックにより効率よく除去し、撓みによる抵抗変化に伴う電流変化を検出することによって、高感度に信号を検出することができる。
また、本発明によれば、レバーのピエゾ抵抗値は作製プロセスの誤差等によって個々のプローブでばらつきを生じるが、その場合でもオフセット電流を適切に除去できるため、プローブの固有の抵抗値に合わせた回路の素子値の設定などの煩雑さを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るピエゾ抵抗測定回路の構成を示す概略図。
【図2】本発明の実施例1に係るピエゾ抵抗AFM装置の概略を示すブロック図。
【図3】本発明の実施例1に係るピエゾ抵抗レバーの構成図。
【図4】本発明の実施例1に係る電流制御回路を説明する図。
【図5】本発明の実施例1に係るPチャネルMOSトランジスタの特性図。
【図6】本発明の実施例2に係るJFETの特性図。
【図7】従来のブリッジによる抵抗変化測定を説明する図。
【図8】本発明の実施例2に係る電流制御回路を説明する図。
【符号の説明】
101:電流制御回路
201:レバー型プローブ
202:試料
203:ステージ
204:信号測定部
205:モニタ
206:設定部
207:走査信号生成部
208:アンプ
209:接近制御部
210:制御部
301:探針
302:配線パターン
303:シリコン基板
304:シリコン酸化膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal detection apparatus using a scanning probe applied to an observation apparatus, a recording / reproducing apparatus, or the like that uses a physical phenomenon generated by bringing a probe and a medium close to each other, and particularly works between a probe and a sample. The present invention relates to a displacement detection apparatus applied to a scanning probe microscope that measures physical forces and measures fine surface characteristics of the surface of an observation object from changes in those force signals.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a scanning probe microscope (hereinafter referred to as SPM) that can directly observe the electronic structure of a material surface and the vicinity of the surface by using a physical phenomenon (tunnel phenomenon, atomic force, etc.) generated by bringing the probe close to the sample. (Abbreviated) has been developed, and real space images of various physical quantities can be measured with high resolution regardless of single crystal or amorphous.
In the industrial field, paying attention to the principle of high resolution of the atomic or molecular size of SPM, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-161552 and 63-161553, a recording layer is formed on a medium. The application and practical application to information recording / reproducing apparatus by using the computer is energetically advanced.
[0003]
Further, in the application to the apparatus as described above, in order to improve the throughput, parallel processing (multiple) of a plurality of probes is necessary, and development in that direction is also progressing. With respect to the probe manufacturing technique, a plurality of levers using an SOI substrate or the like is manufactured based on a conventional semiconductor process.
As for detection technology, a method using an optical lever that measures the amount of deflection of the probe from the positional deviation of the return light by applying a laser beam to the tip of the probe has been common, but in the case of signal detection from a multi-probe. However, using an AFM detection system with an optical lever not only makes the structure of the optical system very complex, but also the size of the system itself is considerably large. Therefore, a piezoresistor is currently used. A method has been proposed in which distortion detection is provided in an AFM lever so that the amount of bending of the lever is read by the resistance change of the piezoresistor.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, an AFM using a piezoresistor (hereinafter referred to as a piezoresistor AFM) has been performed using a resistance bridge circuit or the like in order to measure the resistance value, but as a major problem at that time, it depends on the temperature of the piezoresistor. There was a drift.
As the name suggests, a piezoresistor is a resistor that generates heat when an electric current is passed through it. Therefore, the resistor causes a temperature change and changes its own resistance value.
If the space containing the probe is stable without air flow, and there is no object in the vicinity, it takes a thermal equilibrium state and settles to a certain resistance value, but such a situation is conceivable in actual AFM. Absent. That is, when considering AFM in the atmosphere, the temperature change of the probe is caused by the flow of air and the like.
In addition, the SPM generally brings the probe close to the observation sample to a very small distance. In this process, heat exchange occurs between the probe and the sample, and the temperature of the probe changes.
The temperature change due to these phenomena shows a slower change in time than the concavo-convex signal of the sample, but in order to greatly change the resistivity of the piezoresistor itself, it is as small as the resistance change due to the bending of the lever. When detecting such a signal, the sensitivity and S / N ratio decrease as large low-frequency noise, which is a problem.
[0005]
Therefore, the present invention solves the above-described problems in the conventional one, and efficiently removes the offset current caused by the initial resistance in the unbent state when performing a resistance change accompanying the displacement of the piezoresistive lever by current measurement, It is an object of the present invention to provide a signal detection device using a scanning probe provided with a piezoresistive cantilever capable of detecting a signal with high sensitivity by detecting a current change accompanying a resistance change due to bending.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a signal detection apparatus using a scanning probe provided with a piezoresistive cantilever is configured as follows.
That is, a probe formed of a cantilever mounted with a piezoresistor is provided, the probe is brought close to the medium by an approach control unit, is scanned relative to the medium, and a constant bias is applied to the piezoresistor by a bias applying unit. A signal detection device using a scanning probe that measures changes in piezoresistance by means of signal detection means and measures surface characteristics of the medium, etc.
The signal detecting means includes current measuring means for measuring a current flowing through the piezoresistor, and an offset current removing means for removing an offset current included in the current flowing through the piezoresistor. A voltage source that generates a constant voltage, a transistor and a transistor control unit,
The transistor control unit controls the current value of the transistor with reference to the output of the current measuring means,
The transistor constitutes a feedback circuit that subtracts an offset current from a current that is controlled by the transistor control unit and input to the current measuring means .
In the signal detection device of the present invention, the transistor control unit is configured to detect a low frequency component of the current measuring unit and control a current value of the transistor .
In the signal detection device of the present invention, the transistor control unit is an integrator.
In the signal detection device of the present invention, the transistor control unit is constituted by an integrator, an adder, and an amplifier.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the SPM probe having a piezoresistor as a strain detector, the present invention has an offset caused by an initial resistance in a non-deflected state when a resistance change accompanying a displacement of the piezoresistive lever is performed by current measurement. A signal can be detected with high sensitivity by efficiently removing the current by feedback and detecting a current change accompanying a resistance change due to bending.
[0008]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the piezoresistive AFM apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, reference numeral 201 denotes a cantilever type displacement detection probe in which a piezoresistor is mounted as a deflection detection element.
A specific configuration of this lever-type probe is shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a conical probe disposed on the lever tip, which is disposed in electrical contact with the lever tip piezoresistor 304. 303 is a silicon substrate, 302 is a wiring pattern, and 305 is a silicon oxide film for electrically insulating the substrate and the wiring. The size of the probe was 20 μm for W, 100 μm for L, and 2 μm for H for the cantilever fabricated this time. The resonance frequency of this lever was approximately 15 kHz.
[0009]
Next, the operation of the piezoresistive AFM device will be described with reference to FIG.
First, the lever-type probe 201 and the observation sample 202 are brought close to each other by the approach control unit 209 so as to exert a force on each other by an interatomic force or the like. After the probe and the sample 202 are brought close to a predetermined force, a scanning signal is generated by the scanning signal generation unit 207, and when the signal is applied to the XY driving mechanism of the stage 203 through the amplifier 208, the stage is moved to the sample. Driven in the in-plane direction. As a result, the probe 201 relatively scans within the sample surface, receives force change information, that is, unevenness information on the sample surface as deflection of the lever, and outputs it in the form of a change in piezoresistance.
That is, the change of the piezoresistance is measured by the signal measuring unit 204 by applying a constant bias to the piezoresistor by the bias applying means, and the information is transmitted to the control unit 210.
The control unit 210 mainly controls the approach control unit 209 and the scanning signal generation unit 207 based on the setting value input by the operator or the like through the setting unit 206. In addition, an image signal for visualizing the signal from the signal measuring unit 204 is generated and sent to the monitor 205.
[0010]
Next, details of the signal measuring unit 204 that is characteristic of the present invention will be described.
The signal measuring unit 204 is a part that detects the amount of bending of the piezoresistive lever from a change in piezoresistive value.
Conventionally, a resistance bridge method as shown in FIG. 7 is generally used to measure the amount of change in resistance. There, the resistor R is inserted in series with the piezoresistor, a reference bias for the bias applied to the piezoresistor is set by newly provided R and RREF , and the difference is amplified by an amplifier.
However, according to this method, it is necessary to set R REF in accordance with the piezoresistance value of the lever, and further adjustment is required when the piezoresistance changes due to a temperature change or the like and the balance is lost. In addition, there is a problem in that it is necessary to set the gain of the differential amplifier in the subsequent stage in view of those changes, and thus the gain cannot be increased.
[0011]
Therefore, in the circuit according to the present invention, the deflection signal is detected by measuring only the component due to the lever deflection of the current value output by applying a constant voltage to the piezoresistor. As shown in FIG. 1, the lever portion piezoresistor is composed of a piezoresistor Rs when there is no deflection and a resistance change ΔRs when it is bent. Therefore, the current flowing therethrough can also be divided into a current i due to Rs and a current Δi due to ΔRs. The sum of both currents is input to the current-voltage conversion unit, from which only the i component is subtracted by the current set by the power source -Vs and the MOS transistor (P channel). At this time, the gate voltage Vc of the MOS is determined by the current control circuit 101 with reference to the output Vo of the current-voltage converter. That is, a feedback circuit is configured. Here, since the current control circuit 101 is a circuit that detects a low frequency component of Vo, various devices such as various low-pass filters and amplifiers can be considered. In this embodiment, an integrator as shown in FIG. 4 is used. . Here, since the gate voltage / drain current characteristics of the P-channel MOS transistor have a form as shown in FIG. 5A, a non-inverting integrator is prepared, and a variable resistor for adjusting the loop gain. Rc is provided. Further, the resistance Rf of the current-voltage converter in FIG. 1 is 10 MΩ, and the conversion gain is 10 6 .
[0012]
In this example, when AFM measurement was performed with the AFM measuring device configured as described above, high sensitivity not found in the conventional piezoresistor AFM, that is, 0.1 nm as a resolution in the direction perpendicular to the observation surface was obtained. . The piezoresistance value of the lever produced at that time was 10 kΩ, and the ratio of the resistance change to the measured deflection was ΔRs / Rs = 10 −6 (per displacement of 0.1 nm). For this reason, the value of i in FIG. 1 is about 0.1 mA and the value of Δi is 0.1 nA.
In this embodiment, even when the bipolar transistor shown in FIG. 5B is used in the portion using the MOS transistor in this circuit configuration, the same operation can be performed and the same resolution can be obtained. .
In this embodiment, an example of an atomic force was performed as an interaction caused by the approach between the probe and the sample. However, in the present invention, the probe is bent by a physical force acting between the probe and the sample. It does not limit the force and interatomic force. For example, force interaction due to electrostatic force or magnetic force can be considered.
[0013]
[Example 2]
An embodiment in which the MOS transistor is a junction field effect transistor (JFET) shown in FIG. 6B in the circuit shown in the embodiment 1 will be described.
In this embodiment, a P-channel JFET is used. In this case, since the characteristics of the gate voltage and drain current of the transistor are as shown in FIG. 6A, the current control circuit 101 shown in FIG. 1 is replaced with that shown in FIG. .
This is a circuit in which a constant voltage is added to the integrator, and the offset voltage V off shown in FIG. 6A can be canceled by adjusting V D and R 1 to R 4 in the figure. .
When AFM measurement was performed using the same piezoresistive cantilever as in Example 1 as a probe, a resolution of 0.1 nm in the direction perpendicular to the observation surface was obtained. Other constants such as resistance values in FIG. 1 were set in exactly the same manner.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the resistance change accompanying the displacement of the piezoresistive lever is performed by current measurement, the offset current caused by the initial resistance in the unbent state is efficiently removed by feedback, and the bending is performed. By detecting the current change accompanying the resistance change due to, a signal can be detected with high sensitivity.
Further, according to the present invention, the piezo resistance value of the lever varies among individual probes due to manufacturing process errors, etc., but even in that case, the offset current can be appropriately removed, so that the piezo resistance value is adjusted to the specific resistance value of the probe. Complexity such as setting of element values of the circuit can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a piezoresistance measurement circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of a piezoresistive AFM apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a piezoresistive lever according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a current control circuit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram of the P-channel MOS transistor according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram of a JFET according to Example 2 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining resistance change measurement by a conventional bridge;
FIG. 8 is a diagram for explaining a current control circuit according to a second embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
101: current control circuit 201: lever type probe 202: sample 203: stage 204: signal measuring unit 205: monitor 206: setting unit 207: scanning signal generating unit 208: amplifier 209: approach control unit 210: control unit 301: probe 302: Wiring pattern 303: Silicon substrate 304: Silicon oxide film

Claims (4)

ピエゾ抵抗を実装したカンチレバーによって形成されたプローブを備え、該プローブを接近制御部によって媒体に接近させ、媒体に対して相対走査し、バイアス印加手段によってピエゾ抵抗に一定バイアスを印加して該ピエゾ抵抗の変化を信号検出手段によって測定し、媒体の表面特性等を測定する走査型プローブによる信号検出装置であって、
前記信号検出手段は、ピエゾ抵抗を流れる電流を測定する電流測定手段と、該ピエゾ抵抗を流れる電流に含まれるオフセット電流を除去するためのオフセット電流除去手段とを有し、該オフセット電流除去手段が、一定電圧を発生する電圧源とトランジスタおよびトランジスタ制御部からなり、
該トランジスタ制御部が、前記電流測定手段の出力を参照して該トランジスタの電流値を制御し、
該トランジスタが、該トランジスタ制御部に制御されて前記電流測定手段に入力される電流からオフセット電流を差し引くフィードバック回路を構成していることを特徴とする走査型プローブによる信号検出装置。
A probe formed by a cantilever mounted with a piezoresistor is provided, the probe is brought close to the medium by an approach control unit, is relatively scanned with respect to the medium, and a constant bias is applied to the piezoresistor by a bias applying means. A signal detection device using a scanning probe that measures changes in the signal by means of signal detection and measures the surface characteristics of the medium, etc.
The signal detecting means includes current measuring means for measuring a current flowing through the piezoresistor, and an offset current removing means for removing an offset current included in the current flowing through the piezoresistor. A voltage source that generates a constant voltage, a transistor and a transistor control unit,
The transistor control unit controls the current value of the transistor with reference to the output of the current measuring means,
A signal detection apparatus using a scanning probe , wherein the transistor constitutes a feedback circuit that subtracts an offset current from a current that is controlled by the transistor control unit and input to the current measuring means .
前記トランジスタ制御部が、前記電流測定手段の低周波成分を検出してトランジスタの電流値を制御する構成を備えていることを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブによる信号検出装置。2. The signal detection apparatus using a scanning probe according to claim 1, wherein the transistor control unit is configured to detect a low frequency component of the current measuring unit to control a current value of the transistor . 3. 前記トランジスタ制御部が、積分器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の走査型プローブによる信号検出装置。  3. The signal detection apparatus using a scanning probe according to claim 1, wherein the transistor control unit is an integrator. 前記トランジスタ制御部が、積分器と加算器及び増幅器によって構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の走査型プローブによる信号検出装置。  The signal detection apparatus using a scanning probe according to claim 1 or 2, wherein the transistor control unit includes an integrator, an adder, and an amplifier.
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