JP6112944B2 - 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ検鏡法 - Google Patents
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Description
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡の構成を図1に示す。図1に示すように、走査型プローブ顕微鏡は、自由端にプローブ11をもつカンチレバー12を有している。このカンチレバー12は、試料19に正対するようにホルダ13に保持され得る。
図4に示す本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、位相調整部40の構成が異なるほかは、第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡と同じである。したがって、ここでは、位相調整部40の構成と作用を説明する。
図6に示す本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡に対して、位相調整部30が位相調整部50に置き換えられているとともに、位相信号生成部51が追加されている点において相違している。そのほかの構成は、第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡と同様である。
図7に示す本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、位相調整部60の構成が異なるほかは、第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡と同じである。したがって、ここでは、位相調整部60の構成と作用を説明する。
図9に示す本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、位相調整部70の構成が異なるほかは、第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡と同じである。したがって、ここでは、位相調整部70の構成と作用を説明する。
Claims (12)
- 自由端にプローブをもつカンチレバーを用いて試料の表面の情報を取得する走査型プローブ検鏡法であって、
加振信号に基づいて前記カンチレバーを振動させるステップと、
前記カンチレバーの変位を表す変位信号を得るステップと、
前記加振信号と前記変位信号の位相差に位相オフセットを与えるステップと、
前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの情報を含む第一の位相信号を得るステップと、
前記第一の位相信号に基づいて前記プローブと前記試料の間の距離を制御するステップを備えており、
前記位相オフセットを与えるステップは、前記プローブと前記試料が接触していない状態において存在する前記加振信号と前記変位信号の初期位相差をキャンセルする第一の位相量と、(0[rad])以上かつ(π/2[rad])以下の第二の位相量の合算量を与えるステップである、走査型プローブ検鏡法。 - 前記第一の位相信号を得るステップは、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの余弦(cos)情報を得るステップを含んでおり、
前記第一の位相量は、前記プローブと前記試料が接触していない状態において前記第一の位相信号の大きさが最大となる位相量である、請求項1に記載の走査型プローブ検鏡法。 - 前記第一の位相信号に対して位相が(π/2[rad])遅れた第二の位相信号を得るステップを備えており、
前記第一の位相信号を得るステップは、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの余弦(cos)情報を得るステップを含んでおり、
前記第二の位相信号を得るステップは、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの正弦(sin)情報を得るステップを含んでおり、
前記位相オフセットは、前記プローブと前記試料が接触していない状態において前記第一の位相信号の大きさと前記第二の位相信号の大きさがともに0以上となる位相量である、請求項1に記載の走査型プローブ検鏡法。 - カンチレバーの自由端に設けられたプローブと試料の相互作用を検出する走査型プローブ顕微鏡であって、
加振信号に基づいて前記カンチレバーを振動させる加振部と、
前記カンチレバーの変位を検出し、その変位を表す変位信号を出力する変位検出部と、
前記加振信号と前記変位信号の位相差に位相オフセットを与える位相調整部と、
前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの情報を含む第一の位相信号を生成する位相信号生成部と、
前記第一の位相信号に基づいて前記プローブと前記試料の間の距離を制御する制御部と、を備え、
前記位相調整部は、前記プローブと前記試料が接触していない状態において存在する前記加振信号と前記変位信号の初期位相差をキャンセルする第一の位相量と、(0[rad])以上かつ(π/2[rad])以下の第二の位相量を合算して前記位相オフセットとして前記位相差に与える、走査型プローブ顕微鏡。 - 前記第一の位相信号は、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの余弦(cos)情報を含んでおり、
前記第一の位相量は、前記プローブと前記試料が接触していない状態において前記第一の位相信号の大きさが最大となる位相量である、請求項4に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記変位信号の振幅値をA、前記初期位相差をφ0、前記位相オフセットを(−ψ)とすると、前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第一の位相信号はAcos(φ0−ψ)である、請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記位相調整部は、
前記位相オフセットの情報を入力する入力部と、
前記第一の位相信号を表示する位相表示部と、を有し、
前記位相調整部は、前記入力部によって入力された前記位相オフセットの情報に従って前記位相オフセットを前記位相差に与える、請求項4〜請求項6のいずれかに記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの情報を含み、前記第一の位相信号に対して位相が(π/2[rad])遅れた第二の位相信号を生成する第二の位相信号生成部を備えており、
前記第一の位相信号は、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの余弦(cos)情報を含んでおり、
前記第二の位相信号は、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの正弦(sin)情報を含んでおり、
前記位相オフセットは、前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第一の位相信号の大きさと前記第二の位相信号の大きさがともに0以上となる位相量である、請求項4に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記変位信号の振幅値をA、前記初期位相差をφ0、前記位相オフセットを(−ψ)とすると、前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第一の位相信号はAcos(φ0−ψ)であり、
前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第二の位相信号はAcos(φ0−ψ−π/2)=Asin(φ0−ψ)であり、
前記位相オフセット(−ψ)は、前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第一の位相信号Acos(φ0−ψ)の大きさと前記第二の位相信号Asin(φ0−ψ)の大きさがともに0以上となる位相量、すなわち(φ0−ψ)が(0[rad])以上かつ(π/2[rad])以下となる位相量である、請求項8に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記位相調整部は、
前記位相オフセットの情報を入力する入力部と、
前記第一の位相信号を表示する第一の位相表示部と、
前記第二の位相信号を表示する第二の位相表示部と、を有し、
前記位相調整部は、前記入力部によって入力された前記位相オフセットの情報に従って前記位相オフセットを前記位相差に与える、請求項8または請求項9に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの情報を含み、前記第一の位相信号に対して位相が(π/2[rad])遅れた第二の位相信号を生成する第二の位相信号生成部を備えており、
前記第一の位相信号は、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの余弦(cos)情報を含んでおり、
前記第二の位相信号は、前記加振信号と前記変位信号の前記位相差と前記位相オフセットの正弦(sin)情報を含んでおり、
前記位相調整部は、
(0[rad])以上(π/2[rad])以下の位相量を入力する入力部と、
前記第一の位相信号と前記第二の位相信号に基づいて、前記第一の位相信号の位相値を求めて出力する位相値検出部と、
前記プローブと前記試料が接触していない状態において前記位相量と前記位相値を比較し、前記位相値が前記位相量に一致するような前記位相オフセットを求める位相値制御部と、を有し、
前記位相調整部は、前記位相値制御部で得られた前記位相オフセットを前記位相差に与える、請求項4に記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記変位信号の振幅値をA、前記初期位相差をφ0、前記位相オフセットを(−ψ)とすると、前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第一の位相信号はAcos(φ0−ψ)であり、
前記プローブと前記試料が接触していない状態における前記第二の位相信号はAcos(φ0−ψ−π/2)=Asin(φ0−ψ)であり、
前記位相値検出部は、前記第二の位相信号を前記第一の位相信号で除算して{Asin(φ0−ψ)}/{Acos(φ0−ψ)}=tan(φ0−ψ)を求め、tan(φ0−ψ)から前記第一の位相信号の位相値(φ0−ψ)を算出し、
前記位相値制御部は、前記入力部に入力された(0[rad])以上(π/2[rad])以下の前記位相量と、前記第一の位相信号の位相値(φ0−ψ)が一致するような前記位相オフセット、すなわち(φ0−ψ)が(0[rad])以上(π/2[rad])以下となる前記位相オフセットを求める、請求項11に記載の走査型プローブ顕微鏡。
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