JP5802417B2 - 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた測定方法 - Google Patents
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Description
|sin(f1t)+sin(f2t)|^2
=[sin(2f1t)]/2+[sin(2f2t)]/2
−cos(f2+f1)t+cos|f2−f1|t+1,
式1
であることより、周波数2f1と2f2、f1+f2、|f2−f1|の周波数成分の信号が含まれる(図8)。
図10にレーザー103と試料108の両方へ変調を印加する場合の構成例を示す。
|sin(f1t)+sin(f2t)+sin(f3t)|^2
=3/2−cos(2f1t)/2−cos(2f2t)/2
−cos(2f3t)/2
−cos(f1+f2)t+cos|f1−f2|t
−cos(f2+f3)t+cos|f2−f3|t
−cos(f3+f1)t+cos|f3−f1|t.
式2
検出される周波数成分の中で、f1±f2の周波数成分はカンチレバー101の振動と近接場光120の両方に関わる信号のみが含まれており、これにより、カンチレバー振動そのものに起因する例えば光テコ測定光の散乱光やカンチレバー振動駆動信号などを除去することが可能となる。
|cos(2f1t)/2−cos(f2+f3)t|^2
=cos(2f1)/8+cos(2f2+2f3)/2
−cos(2f1+f2+f3)/2−cos(2f1−f2−f3)/2
+5/8,
式3
であるから、新たに2f1+f2+f3と2f1−f2−f3、2f2+2f3の周波数成分が生成される。この中で2f1+f2+f3と2f1−f2−f3の成分は、カンチレバー102の振動と近接場光120と試料108に関係する信号しか含まれていないので、式3で表される信号から2f1+f2+f3または2f1−f2−f3を選択的に検出することによって、光学的ノイズも電気的ノイズも十分に抑制された高精度の検出が可能となる。
|sin(f1)+sin(f2)+sin(f3)|^3
=sin^3(f1)+sin^3(f2)+sin^3(f3)
+3sin(f1)sin^2(f2)
+3sin(f1)sin^2(f3)
+3sin^2(f1)sin(f2)
+3sin^2(f1)sin(f3)
+3sin(f2)sin^2(f3)
+3sin^2(f2)sin(f3)
+6sin(f1)sin(f2)sin(f3),
式4
となる。式4におけるsin(f1)sin(f2)sin(f3)の項を書き下すと、
sin(f1)sin(f2)sin(f3)
=−[sin(f1+f2+f3)−sin(f1−f2+f3)+sin(f1−f2−f3)―sin(f1+f2−f3)]/4,
式5
である(図12参照)。これより、強い非線形性を有する光検出器において散乱光122を測定した場合は、三次の非線形項を取り出すことによってf1+f2+f3やf1+f2−f3、f1−f2+f3、f1−f2−f3のような近接場光120とカンチレバー102の振動と試料108に起因する周波数成分のみを選択的に抽出可能となる。特に、f2とf3は任意に選択可能であるため、検出周波数をノイズの少ない帯域とすることができる利点がある。
f1±f2±f3±…±fAFM±f1±f2±f3±…
式6
の周波数が電気信号として得られる。式6に示される周波数成分のみを選択的に抽出することによって、近接場光120とカンチレバー102と試料108に関連する情報のみを選択的に取得可能となり、高感度・高精度計測が可能となる。
カンチレバー…102
レーザー…103
レンズ…104
センサー…105
制御器…106
スキャナ…107
試料…108
試料ステージ…109
光源…110
撮像素子…111
ハーフミラー…112
ハーフミラー…113
検出レンズ…114
光学系…115
光検出器…116
観察系…117
PC…118
近接場光…120
物体…121
散乱光…122
光源…123
撮像素子…124
試料へ印加する変調…125
Claims (7)
- カンチレバーに光を照射し、前記カンチレバーにプラズモンを発生させ、前記プラズモンを前記カンチレバー先端に伝搬させ、前記カンチレバー先端と試料との間に近接場光を励起させ、近接場光と試料の相対位置を走査し、試料による近接場光の散乱光を検出することにより、試料の形状と光学特性を観察する走査プローブ顕微鏡の測定方法であって、
近接場光を励起するレーザー光及び試料に変調を印加することにより近接場光を変調させ、近接場光と試料の相対距離を変動させ、近接場光に印加した変調の周波数と、近接場光と試料の相対距離を変動させる周波数によって発生する干渉信号を選択的に抽出することを特徴とする走査プローブ顕微鏡を用いた測定方法。 - 近接場光を変調する周波数が複数であることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
- 選択的に取得する信号の周波数を近接場光に印加した変調の周波数と、近接場光と試料の相対距離を変動させる周波数と、の和または差から少なくとも一つを選択することを特徴とする請求項1記載の走査プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
- 試料へ印加する変調が電気的・光学的・化学的・力学的・熱的な変調のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項1記載の走査プローブ顕微鏡を用いた測定方法。
- レーザー光を照射する光源と、
前記レーザー光を照射する光源からの光によってプラズモンを発生し、前記プラズモンが伝搬し、試料との間に近接場光を励起するカンチレバーと、
前記レーザー光を照射する光源からの近接場光励起レーザーに振幅変調を印加し、試料へ電気的・光学的・化学的・力学的な変調のうち少なくとも一つの変調を印加することにより、近接場光に変調を生じさせる変調器と、
所定の周波数を選択的に透過するフィルタを有し、試料による近接場光の散乱光を検出する光検出器と、
前記カンチレバーを振動させる制御器とを備える走査プローブ顕微鏡。 - 前記変調の周波数が複数であることを特徴とする請求項5記載の走査プローブ顕微鏡。
- 前記光検出器は選択的に取得する信号の周波数を近接場光に印加した変調の周波数と、近接場光と試料の相対距離を変動させる周波数との和または差から少なくとも一つを選択することを特徴とすることを特徴とする請求項5記載の走査プローブ顕微鏡。
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