JP4857157B2 - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
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Description
該試料(A)に光を照射する光照射手段(3)と、
所定の変調周波数で該試料(A)の電場を変調させるための電場変調手段(4,14)と、
該変調周波数として、該試料(A)に変位電流が発生するような周波数を設定する変調周波数設定手段(5,15)と、
前記電場変調手段(4,14)からの信号(f)と同期を取りながら前記変位電流(Id)を検出して前記試料(A)を測定する試料測定手段(6)と、を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡についてのものである。
・ 前記探針2と前記試料Aとの間にバイアス電圧を印加するバイアス電源40と、
・ 前記変調周波数設定手段5により設定された周波数に基づき該バイアス電圧を変調する変調器41と、
により構成されているが、図2に符号14で示すように(光変調方式)、
・ 表面光起電力が発生するような光(禁制帯幅以上のエネルギーを有する単色光であって、例えば、レーザー光)を断続的に発生させる断続光発生手段
により構成しても良い。なお、図2の光変調方式の場合には、測定分解能や変位電流発生量は光の照射径(照射面積)に応じて変化し、照射径を小さくするほど、測定分解能は高くなる反面、変位電流発生量は少なくなる。そこで、前記断続光発生手段14に照射径調整手段8を設けておいて、測定分解能と変位電流発生量が共に適正になるような照射径で光を照射するようにすると良い。
この顕微鏡1では、光照射手段3を、ハロゲンランプ30と、レンズ31と、ハロゲンランプ30の光から特定の波長帯域の光を分離するためのモノクロメーター32と、光ファイバー33と、該光ファイバー33の出射光を試料A上に集光するための集光レンズ34と、から構成した。
(1) 探針2と試料Aとの間に適当なバイアス電圧を印加し、試料Aにバンドベンディングを誘起する。
(2) 前記電場変調手段4でバイアス電圧を変調する。これにより、試料表面電場がバイアスに同期し、従ってバンド構造がバイアスに同期して変化する。
(3) 光照射手段3により、バンド間遷移を起こす光を連続的に照射する。これにより発生するSPVがバイアス変調に同期して変化する。
(4) 連続光の波長の関数として変位電流変調信号の振幅を測定する。具体的には、変調された変位電流波形をバイアス電圧の変調周波数でロックイン検波して得た電流振幅ΔIを求める。
(5) バンド構造の特異点に対応して鋭いスペクトル構造が現れるER(Electro−Reflectance)と同様のスペクトルを得る。
図1に示す顕微鏡1では、バンド構造を変調するために探針のバイアス電圧を変調したが、図2に示す顕微鏡10では、光変調方式を採用している点で異なる。
・ ハロゲンランプ140
・ レンズ141
・ 光線を一定間隔で断続するチョッパー142
・ 特定の波長帯域の光を分離するためのモノクロメーター143
・ 光ファイバー144
・ 該光ファイバー144の出射光を試料A上に集光するための集光レンズ145
から構成した。そして、変調周波数設定手段15の光変調周波数は1.5kHzとした。他の測定条件は、UHV、98K、フォトンエネルギーは0.7eV〜1.3eVとした。その測定結果は、図3(a) (b) に示す(詳細は後述する)。
(1) 試料にレーザー光を照射してSPVを発生させ、このレーザー光をチョップして表面電場変調を起こさせる。
(2) 光照射手段3により、バンド間遷移を起こす光を連続的に照射する。これにより照射波長に依存して付加的に発生するSPVが電場変調に同期して変化する。
(3) 連続光の波長の関数として変位電流変調信号の振幅を測定する。具体的には、変調された変位電流波形をレーザー光のチョッピング周波数でロックイン検波して得た電流振幅ΔIを求める。
(4) バンド構造の特異点に対応して鋭いスペクトル構造が現れるER(Electro−Reflectance)と同様のスペクトルを得る。
図3(a) は、光変調方式及びバイアス変調方式により0.70〜0.85eVで観測されたSTM−EFMSスペクトルを示す図であり、(b) は、光変調方式及びバイアス変調方式により1.00〜1.30eVで観測されたSTM−EFMSスペクトルを示す図であるが、両方式でピーク位置はほぼ一致していることが分る。また、バイアス変調方式でより明瞭に観測される0.74eV、0.82eV付近のシグナルの位置は、他の文献“H.Udono,et al,Thin Solid Films 461 (2004) 182”で報告されている値とほぼ一致しており、測定の信頼性も確認できた。
2 探針
3 光照射手段
4 電場変調手段
5 変調周波数設定手段
6 試料測定手段
7 離間距離制御手段
8 照射径調整手段
10 走査型プローブ顕微鏡
14 電場変調手段(断続光発生手段)
15 変調周波数設定手段
40 バイアス電源
41 変調器
A 試料
Id 変位電流
Claims (6)
- 試料に対峙するように配置される探針と、
該試料に光を照射する光照射手段と、
所定の変調周波数で該試料の電場を変調させるための電場変調手段と、
該変調周波数として、該試料に変位電流が発生するような周波数を設定する変調周波数設定手段と、
前記電場変調手段からの信号と同期を取りながら前記変位電流を検出して前記試料を測定する試料測定手段と、
を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 前記変調周波数設定手段は、複数の変調周波数を設定可能に構成された、
ことを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記探針と前記試料との離間距離を制御する離間距離制御手段、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記電場変調手段は、前記探針と前記試料との間にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記変調周波数設定手段により設定された周波数に基づき該バイアス電圧を変調する変調器と、
からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記電場変調手段は、表面光起電力が発生するような光を断続的に発生させる断続光発生手段である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記断続光変調手段は、測定分解能と変位電流発生量が適正になるように光の照射径を調整する照射径調整手段を有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。
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