JP3942320B2

JP3942320B2 - Scanning probe microscope and operation method thereof

Info

Publication number: JP3942320B2
Application number: JP26047199A
Authority: JP
Inventors: 木進青
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP2001083066A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は元素分析機能を備えた走査プローブ顕微鏡及びその動作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、探針付きカンチレバーと試料を接近させて対向配置し、探針により試料表面を走査することにより、探針と試料間に働く原子間力，或いは磁気力，或いは静電気力等を測定し、該測定に基づいて試料表面の凹凸像を得るように成した走査プローブ顕微鏡や、探針と試料を接近させて対向配置し、且つ探針と試料間にバイアス電圧を印加し、探針により試料表面を走査することにより、探針と試料間に流れるトンネル電流を測定し、該測定に基づいて試料表面の凹凸象などを得るように成した走査プローブ顕微鏡が注目されている。
【０００３】
所で、この様な走査プローブ顕微鏡では、試料表面の原子１個１個の観察が可能であるが、その原子の同定が出来ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近、走査プローブ顕微鏡の１つである走査型トンネル顕微鏡に質量分析機能を取り付け、所望の１個又は少数個の原子の元素同定を可能にしたたものが提案されている（特開平８−６４１７０号）。この提案では、試料表面の原子を一旦探針に吸着させ、次に、試料を支持している試料ホルダーを取り除き、該吸着させた原子を電界脱離させ、そのイオンの飛行時間から質量分析し、元素を同定するようにしている。しかし、この様な提案では、試料ホルダーを走査型トンネル顕微鏡から取り外す操作が必要であり、又、試料ホルダーを取り外す為の機構が必要となる。又、試料表面原子を一旦探針に吸着させるために、探針を形成している材料の原子と該探針に吸着した原子とが化合物を作ってしまい、目的とする試料の原子の質量分析が出来ないことがある。
【０００５】
本発明は、この様な問題を解決する新規な走査プローブ顕微鏡及びその動作方法を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針と試料を接近させて対向配置し、探針と試料との相対的位置を変化させ、試料表面の像情報を得るように成した走査プローブ顕微鏡であって、パルス電源からのパルス電圧又はパルスレーザ源からのパルスレーザーのうちの何れか一方によるエネルギーを試料に与えて試料表面の原子をイオン化するように成し、該イオンをイオン検出器に検出させるように成すとともに、当該エネルギーの付与と同時に探針を試料表面から退避させるように成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の走査プローブ顕微鏡の動作方法は、探針と試料を接近させて対向配置し、探針と試料との相対的位置を変化させ、試料表面の像情報を得るとともに、パルス電源又はパルスレーザ源とイオン検出器を備えた走査プローブ顕微鏡の動作方法であって、パルス電源からのパルス電圧又はパルスレーザ源からのパルスレーザーのうちの何れか一方によるエネルギーを試料に与えて試料表面の原子をイオン化し、該イオンをイオン検出器に検出させるようにするとともに、当該エネルギーの付与と同時に探針を試料表面から退避させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の一例として示した走査型トンネル顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の概略を示したものである。
【００１０】
図中１は探針、２は探針保持体、３は試料、４はバイアス電源、５はスキャナー、６はＺ移動機構、７はステージ、８は電流検出及び増幅回路、９は制御装置、１０は表示装置である。尚、図の上下方向をＺ軸方向とし、該Ｚ軸方向に直交する面をＸ−Ｙ平面とする。
【００１１】
前記スキャナー５はＸ，Ｙ及びＺ方向駆動用の圧電素子から成り、前記探針１のＸ，Ｙ及びＺ軸方向の位置を可変させるものであり、その位置の可変量は前記制御装置９からの制御電圧によって制御される。前記Ｚ移動機構６は前記探針１と圧電素子５を一体としてＺ軸方向の位置を可変させるもので、例えば、モータで構成されており、その可変量は前記制御装置９からの制御信号によって制御される。従って、制御装置９は、前記探針１のＺ軸方向の位置を大きく変える場合には前記Ｚ移動機構６を駆動し、微小量変える場合には前記スキャナー５のＺ軸方向駆動用圧電素子を駆動する。
【００１２】
前記ステージ７はＸ，Ｙ方向駆動用のステージから成り、前記制御装置９からの制御信号に基づいて作動するモータ等から成る駆動機構（図示せず）によりそれぞれＸ，Ｙ方向に移動する。
【００１３】
前記電流検出及び増幅回路８は前記探針１からのトンネル電流を検出し、増幅するもので、その出力を前記制御装置９に送るものである。
【００１４】
図中１１は前記試料３にパルス電圧を印加するためのパルス電源、１２は直流阻止用コンデンサ、１３は前記試料１に高電圧を印加するための高電圧電源である。
【００１５】
１４はイオン検出器で、試料表面からの蒸発した原子をイオンとして検出するものである。１５は電子タイマーで、該イオンが該イオン検出器に到着するまでの時間を測定するものである。
【００１６】
尚、前記探針１，探針保持体２、試料３，スキャナー５、Ｚ移動機構６，ステージ７及びイオン検出器１４は高真空チャンバー（図示せず）内に収容されており、バイアス電源４，電流検出及び増幅回路８，制御装置９，表示装置１０，パルス電源１１，コンデンサ１２，高電圧電源１３及び電子タイマー１５は高真空チャンバー外に設けられている。
【００１７】
この様な構成の走査プローブ顕微鏡の動作を次に説明する。
【００１８】
高真空チャンバー（図示せず）内を高真空（例えば、１０^-7Ｔｏｒｒ以下）に排気した状態で、既に試料３がセットされているステージ７を移動させ、試料３を所定の位置に持ってくる。そして、Ｚ移動機構６及びスキャナー５のＺ方向駆動用の圧電素子により探針１を試料３に数ｎｍ以下に近づける。その状態で、バイアス電源４から探針１，試料３間にバイアス電圧をかけ、スキャナー５のＸ，Ｙ方向駆動用の圧電素子により探針１で試料上で二次元方向に走査する。該走査により、探針１と試料３間に流れるトンネル電流を電流検出及び増幅回路８により検出，増幅する。該増幅されたトンネル電流は制御装置９に送られる。制御装置９は、入力されてくるトンネル電流信号と基準信号とを比較し、その差に基づいて前記スキャナー５のＺ方向駆動用の圧電素子５を制御する。その結果、探針１と試料の間の距離は常に一定に保たれると共に、前記差に基づいた凹凸の像が表示装置１０に表示される。この様にして、試料表面の原子レベルでの観察が行われる。
【００１９】
この様な観察を行った後、前記スキャナー５のＺ方向駆動用の圧電素子により探針１を、試料３に対し、数ｎｍ〜数μｍの範囲で位置調整する。この状態において、パルス電源１１と高電圧電源１３を作動させ（オンの状態にし）、該パルス電源からのパルス電圧（例えば、パルス幅が数ｎｓｅｃで、数Ｖ〜数ＫＶのパルス電圧）の印加により探針１の先端と対向した試料３表面の原子を電界蒸発させる。この時、試料３にはバイアス電圧と高電圧電源１３からの正の高電圧（例えば、数ＫＶ〜１０ＫＶ程度の高電圧）が加算された電圧が印加されているので、前記試料表面から電界蒸発した原子の内、正イオン化したものはイオン検出器１４方向に加速され、イオン検出器１４に到達する。この際、前記パルス電源１１からパルス電圧が試料３に印加されると同時に、該パルス電圧に対応した電圧信号が電子タイマー１５に送られており、この電圧信号により電子タイマーは計時をスタートする。又、該電子タイマーは、前記イオン検出器１４がイオンを検出すると、該検出したことを表す信号によって計時をストップし、前記計時スタート時とストップ時の時間差をイオンの飛行時間として算出して、前記制御装置９に送る。
【００２０】
該制御装置は、例えば、キーボード等の入力装置（図示せず）から、予め、比例定数Ｃ、試料からイオン検出器までの距離Ｄが与えられており、前記高電圧源１３からの高電圧に対応した電圧信号Ｖと、イオン検出器に検出されたイオンの飛行時間ｔが送られて来るので、式（１）に基づいて、検出されたイオンの原子の質量を求めて、その原子の元素を同定する。尚、ｍは該原子の質量、ｎはイオン価数である。
【００２１】
【数１】

さて、この様な装置において、試料３と探針１との間の距離が極めて短い為に、試料３から電界蒸発したイオン化原子の飛行を探針１が妨げたり、探針自体に吸着してしまう現象が発生する。そこで、この様な現象の発生を妨げるために、前記パルス電源１１の作動開始と共に、探針１を試料表面から退避させるように成している。例えば、パルス電源作動により最初に試料３に印加されたパルス電圧に対応した電圧信号が制御装置９に送られるようになっており、該制御装置はこの様な電圧信号を受け取ると、前記スキャナー５のＺ方向駆動用の圧電素子を制御して、探針１を試料３から離れるように移動させる。この移動距離は、試料からの原子の飛行を妨げたり、付着させたりしない距離であればよい。
【００２２】
尚、探針１を前記Ｚ移動機構６で退避させても良い。又、パルス電源１１の作動と同時に探針１を退避させるようにしても良い。又、Ｚ方向ではなく、Ｘ，Ｙ方向駆動用の圧電素子を制御して、探針１をイオン検出器１４方向ではない方向に探針１を移動させるようにしても良し、Ｚ方向及びＸ，Ｙ方向に移動させるようにしても良い。
【００２３】
尚、図２は図１の一部である試料３とイオン検出器１４及びそれらの空間部を示したものであるが、図に示す様に、試料３とイオン検出器１４の間に、例えば、円錐台形状の引出電極１６を配置し、この電極に高電圧電源１７から負の高電圧を印加し、試料３の表面からの原子を引き出し易くしても良い。
【００２４】
又、図３は本発明の他の例を示した走査型トンネル顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の概略図で、図中１で使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【００２５】
図１では、試料３側に高電圧電源１３から正の高電圧を印加しているが、この例では、高電圧電源１８からイオン検出器１４に負の高電圧を印加し、該イオン検出器１４がイオンを検出した時に、イオンを検出したことを表す信号を直流阻止用コンデンサ１９を介して電子タイマー１５に送るように成している。
【００２６】
又、前記例では試料にパルス電圧を印加する事により試料表面から原子を電界蒸発させたが、パルス電源に代えてパルスレーザ源を設け、パルス電圧の印加に代えて試料にパルスレーザービームを照射して試料表面から原子を電界蒸発させる様にしても良い。
【００２７】
又、前記例のトンネル顕微鏡用の探針に代えて、先端に探針が付いているカンチレバーを探針保持体に取り付けるようにしても良い。
本発明によれば、試料ホルダーを走査型トンネル顕微鏡から取り外す機構を備える必要がなく、同時にその様な取り外し作業が不要となる。又、試料表面から直接電界蒸発させた原子をイオンとして検出しているので、試料表面からの原子を一旦探針に吸着させることがなく、その為、探針を形成している材料の原子と該探針に吸着した原子とが化合するということがない。更に、試料表面から原子が電界蒸発され始める際、探針を試料表面から退避させるので、試料表面から電界蒸発した原子を、イオンとして効率よくイオン検出器に検出させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例として示した走査型トンネル顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の概略を示したものである。
【図２】図１の一部である試料３とイオン検出器１４及びそれらの空間部を示したものである。
【図３】本発明の他の例を示した走査型トンネル顕微鏡の如き走査プローブ顕微鏡の概略図である。
【符号の説明】
１…探針
２…探針保持体
３…試料
４…バイアス電源
５…スキャナー
６…Ｚ移動機構
７…ステージ
８…電流検出及び増幅回路
９…制御装置
１０…表示装置
１１…パルス電源
１２，１９…直流阻止用コンデンサ
１３，１７，１８…高電圧電源
１４…イオン検出器
１５…電子タイマー
１６…引出電極[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a scanning probe microscope having an elemental analysis function and an operation method thereof .
[0002]
[Prior art]
Recently, a cantilever with a probe and a sample are placed close to each other, and the surface of the sample is scanned with the probe to measure the atomic force, magnetic force, electrostatic force, etc. acting between the probe and the sample. A scanning probe microscope configured to obtain a concavo-convex image of the sample surface based on the measurement, a probe and a sample are placed close to each other, a bias voltage is applied between the probe and the sample, and the sample is detected by the probe. Attention has been focused on a scanning probe microscope in which a tunnel current flowing between a probe and a sample is measured by scanning the surface, and an uneven surface of the sample surface is obtained based on the measurement.
[0003]
However, with such a scanning probe microscope, it is possible to observe one atom at a time on the sample surface, but the atom cannot be identified.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, a scanning tunneling microscope, which is one of scanning probe microscopes, has been proposed in which a mass analysis function is attached to enable element identification of a desired one or a small number of atoms (JP-A-8-64170). issue). In this proposal, the atoms on the sample surface are once adsorbed by the probe, and then the sample holder supporting the sample is removed, the adsorbed atoms are desorbed by electric field, and mass analysis is performed from the flight time of the ions. , Trying to identify the elements. However, in such a proposal, an operation for removing the sample holder from the scanning tunneling microscope is required, and a mechanism for removing the sample holder is required. In addition, since the sample surface atoms are once adsorbed to the probe, the atoms of the material forming the probe and the atoms adsorbed on the probe form a compound, and mass analysis of the target sample atoms is performed. May not be possible.
[0005]
An object of the present invention is to provide a novel scanning probe microscope and an operation method thereof that solve such problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The scanning probe microscope of the present invention is a scanning probe microscope in which the probe and the sample are placed close to each other and faced to change the relative position between the probe and the sample to obtain image information on the sample surface. The sample is supplied with energy from either a pulse voltage from a pulse power source or a pulse laser from a pulse laser source to ionize atoms on the sample surface, and the ions are detected by an ion detector. together formed to the, characterized in that simultaneously probe and application of the energy was formed so as to retract from the sample surface.
[0007]
The method of operating the scanning probe microscope of the present invention is such that the probe and the sample are placed close to each other, the relative position between the probe and the sample is changed to obtain image information on the sample surface, and a pulse power supply or pulse laser is obtained. A method of operating a scanning probe microscope comprising a source and an ion detector, wherein energy from either a pulse voltage from a pulse power source or a pulse laser from a pulse laser source is applied to the sample to cause atoms on the sample surface It is characterized in that it is ionized and the ions are detected by an ion detector, and the probe is retracted from the sample surface simultaneously with the application of the energy .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 shows an outline of a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope shown as an example of the present invention.
[0010]
In the figure, 1 is a probe, 2 is a probe holder, 3 is a sample, 4 is a bias power supply, 5 is a scanner, 6 is a Z moving mechanism, 7 is a stage, 8 is a current detection and amplification circuit, 9 is a control device, Reference numeral 10 denotes a display device. In addition, let the up-down direction of a figure be a Z-axis direction, and let a surface orthogonal to this Z-axis direction be an XY plane.
[0011]
The scanner 5 is composed of piezoelectric elements for driving in the X, Y, and Z directions, and varies the position of the probe 1 in the X, Y, and Z axis directions. Controlled by the control voltage. The Z moving mechanism 6 is a unit that varies the position in the Z-axis direction by integrating the probe 1 and the piezoelectric element 5, and is composed of, for example, a motor. The variable amount is determined by a control signal from the control device 9. Be controlled. Therefore, the control device 9 drives the Z moving mechanism 6 when the position of the probe 1 in the Z-axis direction is greatly changed, and controls the Z-axis direction driving piezoelectric element of the scanner 5 when changing the minute amount. To drive.
[0012]
The stage 7 is composed of a stage for driving in the X and Y directions, and is moved in the X and Y directions by a drive mechanism (not shown) composed of a motor or the like that operates based on a control signal from the control device 9, respectively.
[0013]
The current detection and amplification circuit 8 detects and amplifies the tunnel current from the probe 1 and sends its output to the control device 9.
[0014]
In the figure, 11 is a pulse power source for applying a pulse voltage to the

sample

3, 12 is a DC blocking capacitor, and 13 is a high voltage power source for applying a high voltage to the sample 1.
[0015]
An ion detector 14 detects atoms evaporated from the sample surface as ions. An electronic timer 15 measures the time until the ions arrive at the ion detector.
[0016]
The probe 1, the probe holder 2, the sample 3, the scanner 5, the Z moving mechanism 6, the stage 7 and the ion detector 14 are accommodated in a high vacuum chamber (not shown), and the bias power source 4 The current detection and amplification circuit 8, the control device 9, the display device 10, the pulse power supply 11, the capacitor 12, the high voltage power supply 13 and the electronic timer 15 are provided outside the high vacuum chamber.
[0017]
Next, the operation of the scanning probe microscope having such a configuration will be described.
[0018]
With the inside of the high vacuum chamber (not shown) evacuated to a high vacuum (for example, 10 ⁻⁷ Torr or less), the stage 7 on which the sample 3 is already set is moved, and the sample 3 is held at a predetermined position. come. Then, the probe 1 is brought close to the sample 3 to several nm or less by the Z moving mechanism 6 and the piezoelectric element for driving the Z direction of the scanner 5. In this state, a bias voltage is applied between the probe 1 and the sample 3 from the bias power source 4, and the probe 1 scans the sample in a two-dimensional direction with the probe 1 by a piezoelectric element for driving the X and Y directions of the scanner 5. By this scanning, the tunnel current flowing between the probe 1 and the sample 3 is detected and amplified by the current detection and amplification circuit 8. The amplified tunnel current is sent to the control device 9. The control device 9 compares the input tunnel current signal with the reference signal and controls the piezoelectric element 5 for driving the Z direction of the scanner 5 based on the difference. As a result, the distance between the probe 1 and the sample is always kept constant, and an uneven image based on the difference is displayed on the display device 10. In this way, observation at the atomic level on the sample surface is performed.
[0019]
After performing such observation, the position of the probe 1 is adjusted with respect to the sample 3 in the range of several nm to several μm with the piezoelectric element for driving the Z direction of the scanner 5. In this state, the pulse power supply 11 and the high voltage power supply 13 are operated (turned on), and a pulse voltage (for example, a pulse voltage of several V to several KV with a pulse width of several nsec) is applied from the pulse power supply. Thus, the atoms on the surface of the sample 3 facing the tip of the probe 1 are evaporated. At this time, since a voltage obtained by adding a bias voltage and a positive high voltage (for example, a high voltage of about several KV to 10 KV) from the high voltage power supply 13 is applied to the sample 3, field evaporation from the sample surface. The positively ionized atoms are accelerated in the direction of the ion detector 14 and reach the ion detector 14. At this time, a voltage signal corresponding to the pulse voltage is sent to the electronic timer 15 at the same time as the pulse voltage is applied to the sample 3 from the pulse power source 11, and the electronic timer starts measuring time by this voltage signal. In addition, when the ion detector 14 detects ions, the electronic timer stops the time measurement by a signal indicating the detection, and calculates a time difference between the time measurement start time and the stop time as an ion flight time, Send to the controller 9.
[0020]
The control device, for example, is given in advance a proportionality constant C and a distance D from the sample to the ion detector from an input device (not shown) such as a keyboard, and the high voltage from the high voltage source 13 is increased. Since the corresponding voltage signal V and the flight time t of the detected ion are sent to the ion detector, the mass of the atom of the detected ion is obtained based on the equation (1), and the element of the atom Is identified. Here, m is the mass of the atom, and n is the ionic valence.
[0021]
[Expression 1]

In such an apparatus, since the distance between the sample 3 and the probe 1 is extremely short, the probe 1 hinders the flight of ionized atoms evaporated from the sample 3 or adsorbs to the probe itself. Will occur. Therefore, in order to prevent the occurrence of such a phenomenon, the probe 1 is retracted from the sample surface when the pulse power supply 11 is started. For example, a voltage signal corresponding to the pulse voltage first applied to the sample 3 by the pulse power supply operation is sent to the control device 9. When the control device receives such a voltage signal, the scanner 5 The probe 1 is moved away from the sample 3 by controlling the piezoelectric element for driving in the Z direction. This moving distance may be a distance that does not hinder or adhere to the flight of atoms from the sample.
[0022]
The probe 1 may be retracted by the Z moving mechanism 6. Further, the probe 1 may be retracted simultaneously with the operation of the pulse power supply 11. Alternatively, the probe 1 may be moved not in the direction of the ion detector 14 by controlling the piezoelectric elements for driving in the X and Y directions instead of the Z direction. , May be moved in the Y direction.
[0023]
FIG. 2 shows the sample 3, the ion detector 14 and their space portions which are a part of FIG. 1, but as shown in the figure, between the sample 3 and the ion detector 14, for example, Alternatively, a frustoconical extraction electrode 16 may be arranged, and a negative high voltage may be applied to the electrode from the high voltage power supply 17 to facilitate extraction of atoms from the surface of the sample 3.
[0024]
FIG. 3 is a schematic view of a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope showing another example of the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals as those used in FIG.
[0025]
In FIG. 1, a positive high voltage is applied from the high voltage power supply 13 to the sample 3 side. In this example, a negative high voltage is applied from the high voltage power supply 18 to the ion detector 14, and the ion detector is applied. When 14 detects ions, a signal indicating that ions have been detected is sent to the electronic timer 15 via the DC blocking capacitor 19.
[0026]
In the above example, the atom was evaporated from the surface of the sample by applying a pulse voltage to the sample. However, a pulse laser source was provided instead of the pulse power supply, and the sample was irradiated with a pulse laser beam instead of applying the pulse voltage. Then, atoms may be evaporated from the surface of the sample.
[0027]
Further, instead of the probe for the tunnel microscope of the above example, a cantilever having a probe at the tip may be attached to the probe holder.
According to the present invention, it is not necessary to provide a mechanism for detaching the sample holder from the scanning tunnel microscope, and at the same time, such detachment work is not necessary. In addition, since the atoms directly evaporated from the sample surface are detected as ions, the atoms from the sample surface are not once adsorbed to the probe, so the atoms of the material forming the probe The atoms adsorbed on the probe do not combine. Furthermore, when the atoms start to be evaporated from the sample surface, the probe is retracted from the sample surface, so that the atoms evaporated from the sample surface can be efficiently detected as ions by the ion detector.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an outline of a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope shown as an example of the present invention.
FIG. 2 shows a sample 3, an ion detector 14 and a space portion thereof which are a part of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope showing another example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe 2 ... Probe holder 3 ... Sample 4 ... Bias power supply 5 ... Scanner 6 ... Z moving mechanism 7 ... Stage 8 ... Current detection and amplification circuit 9 ... Control device 10 ... Display device 11 ...

Pulse power sources

12, 19 ...

DC blocking capacitors

13, 17, 18 ... high voltage power supply 14 ... ion detector 15 ... electronic timer 16 ... lead electrode

Claims

Opposite arranged close to the probe and the sample, changing the relative position between the probe and the sample, a scanning probe microscope form to obtain image information of the sample surface, the pulse voltage from the pulse power supply or form any energy by one of the pulse laser from the pulsed laser source to ionize the atoms of the sample surface by applying to the sample, the ion with formed to so as to detect the ion detector, of the energy applying at the same time formed the scanning probe microscope so as to retract the probe from the sample surface.

Scanning probe microscope according to claim 1, wherein the form has to be detected to accelerate ions to the ion detector.

The scanning probe microscope according to claim 2 , wherein ions are accelerated by applying a high voltage to the sample.

3. A scanning probe microscope according to claim 2 , wherein ions are accelerated by applying a high voltage to the ion detector.

The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 4, wherein an extraction electrode to which a high voltage having a polarity opposite to that of the accelerated ion is applied is disposed between the sample and the ion detector.

The scanning probe microscope according to any one of claims 1 to 5 , wherein the mass of an ion is analyzed based on the detected time of flight of the ion to identify the element.

A scanning probe microscope equipped with a pulse power source or a pulse laser source and an ion detector, while the probe and the sample are placed close to each other, and the relative position between the probe and the sample is changed to obtain image information on the sample surface. In this method, energy from either a pulse voltage from a pulse power supply or a pulse laser from a pulse laser source is applied to the sample to ionize atoms on the sample surface, and the ions are detected by an ion detector. And a method of operating the scanning probe microscope in which the probe is retracted from the sample surface simultaneously with the application of the energy.

8. The method of operating a scanning probe microscope according to claim 7, wherein ions are accelerated and detected by an ion detector.

The method of operating a scanning probe microscope according to claim 8, wherein ions are accelerated by applying a high voltage to the sample.

9. The method of operating a scanning probe microscope according to claim 8, wherein ions are accelerated by applying a high voltage to the ion detector.

11. The method of operating a scanning probe microscope according to claim 7, wherein the mass of the detected ions is analyzed based on the detected time of flight of the ions to identify the element.