JPH01131402A - 走査トンネル顕微鏡用走査装置 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡用走査装置Info
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- JPH01131402A JPH01131402A JP62290362A JP29036287A JPH01131402A JP H01131402 A JPH01131402 A JP H01131402A JP 62290362 A JP62290362 A JP 62290362A JP 29036287 A JP29036287 A JP 29036287A JP H01131402 A JPH01131402 A JP H01131402A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- scanning
- probe
- axis
- elements
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
- B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
- B60Q1/0029—Spatial arrangement
- B60Q1/0041—Spatial arrangement of several lamps in relation to each other
-
- F21S48/1208—
-
- F21S48/1311—
-
- F21S48/25—
-
- F21S48/255—
-
- F21S48/1305—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は走査トンネルｗ４微鏡の走査機構に係わり、特
に圧電素子よりなるアクチュエーターに関するものであ
る。
に圧電素子よりなるアクチュエーターに関するものであ
る。
一般に、探針先端の原子と試料の原子の電子雪とが重な
り合うｌｒ＋ｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態
で探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。こ
の電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が１ｍＶのとき、
１〜１０ｍＡ程度である。
り合うｌｒ＋ｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態
で探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。こ
の電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が１ｍＶのとき、
１〜１０ｍＡ程度である。
このトンネル電流の大きさは、試料と探針との間の距離
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を原子レベ
ルで求めることができる。またトンネル電流が一定にな
るように探針位置を制御すれば探針位置軌跡により同様
に試料の表面形状を測定することができる。
により変化し、トンネル電流の大きさを測定することに
より試料と探針との間の距離を超精密測定することがで
き、探針位置が既知であれば試料の表面形状を原子レベ
ルで求めることができる。またトンネル電流が一定にな
るように探針位置を制御すれば探針位置軌跡により同様
に試料の表面形状を測定することができる。
このような原理に基づ（走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｓ
略してＳＴＭ）は、大気中、液体中、真空中などどのよ
うな状態ででも使用できるため、近年、各方面で開発が
行われている。
ｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｓ
略してＳＴＭ）は、大気中、液体中、真空中などどのよ
うな状態ででも使用できるため、近年、各方面で開発が
行われている。
第３図はこのようなＳＴＭのアクチュエーター部の概略
構成を示す側面図で、１はＹ軸走査圧電素子、２はＺ軸
移動圧電素子、３は探針、４は試料を示すが、ＳＴＭで
は探針３の走査を圧電素子を利用して約±０．１μｍｍ
以下の範囲で行っている。即ち、試料４に探針３を近づ
け、試料４の表面の凹凸を測定する２軸移動圧電素子２
と、探針３を正面走査するＹ軸圧型素子１、Ｘ軸圧電素
子（図示せず）とから構成されている。試料表面の画像
を作成する際に、画面の範囲及び探針の位置は圧電素子
に与える電圧により決められる。例えば、１００Ｖの電
圧で１００人圧電素子が移動したとすると、ＩＯＶの電
圧であると１０人探針が移動したと仮定して、−枚の表
面の画像が作成される。
構成を示す側面図で、１はＹ軸走査圧電素子、２はＺ軸
移動圧電素子、３は探針、４は試料を示すが、ＳＴＭで
は探針３の走査を圧電素子を利用して約±０．１μｍｍ
以下の範囲で行っている。即ち、試料４に探針３を近づ
け、試料４の表面の凹凸を測定する２軸移動圧電素子２
と、探針３を正面走査するＹ軸圧型素子１、Ｘ軸圧電素
子（図示せず）とから構成されている。試料表面の画像
を作成する際に、画面の範囲及び探針の位置は圧電素子
に与える電圧により決められる。例えば、１００Ｖの電
圧で１００人圧電素子が移動したとすると、ＩＯＶの電
圧であると１０人探針が移動したと仮定して、−枚の表
面の画像が作成される。
しかしながら、よ（知られている如く圧電素子の電圧に
よる変位は、第４図に示す如く電圧に対して直線的に変
化せず、ヒステリシスを存する。
よる変位は、第４図に示す如く電圧に対して直線的に変
化せず、ヒステリシスを存する。
そのためＳＴＭにより画像を得る際、このヒステリシス
が当然に生じ、画像の歪みとなり試料の表面構造の評価
をむずかしくしている。これは、圧電素子の変形を圧電
素子の入力信号で代用していることにより、必然的に生
じる問題である。
が当然に生じ、画像の歪みとなり試料の表面構造の評価
をむずかしくしている。これは、圧電素子の変形を圧電
素子の入力信号で代用していることにより、必然的に生
じる問題である。
本発明は、このヒステリシスによる画像の歪みをなくし
、試料の表面構造の評価を正しく行うための改良された
アクチエエータ−を提供することを目的とする。
、試料の表面構造の評価を正しく行うための改良された
アクチエエータ−を提供することを目的とする。
そのために本発明の電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡は
、３軸走査圧電素子に探針を取付け、試料表面を走査す
る走査トンネル顕微鏡走査装置において、上記探針取付
は部と固定部材との間に、上記走査圧電素子とは別の走
査検出用圧電素子を取付けたことを特徴とするもので、
両圧電素子を探針取付は部を中心として、対称位置に配
置し、各端部を対向する固定部材に固定するか、または
探針取付は部から平行して配置し、各端部を同じ固定部
材に固定するものである。
、３軸走査圧電素子に探針を取付け、試料表面を走査す
る走査トンネル顕微鏡走査装置において、上記探針取付
は部と固定部材との間に、上記走査圧電素子とは別の走
査検出用圧電素子を取付けたことを特徴とするもので、
両圧電素子を探針取付は部を中心として、対称位置に配
置し、各端部を対向する固定部材に固定するか、または
探針取付は部から平行して配置し、各端部を同じ固定部
材に固定するものである。
本発明の走査トンネル顕微鏡走査装置は、移動機構とし
てＸ、Ｙ軸の２軸の走査圧電素子に電圧をかけ、ＸＹ平
面を走査するとともに、２軸移動圧電素子を移動させ、
試料表面の凹凸を画像化するにあたって、ＸＳＹ、２３
軸の各走査圧電素子に、それぞれ移動検出機構としてＸ
、Ｙ、２３軸各移動検出圧電素子を、探針に対称にそれ
ぞれ配置し、各端部をそれぞれ固定部材（ステージ）に
固定することにより、走査圧電素子の変位を移動検出圧
電素子の変位とし、その変位量を出力電圧として得るこ
とができる。
てＸ、Ｙ軸の２軸の走査圧電素子に電圧をかけ、ＸＹ平
面を走査するとともに、２軸移動圧電素子を移動させ、
試料表面の凹凸を画像化するにあたって、ＸＳＹ、２３
軸の各走査圧電素子に、それぞれ移動検出機構としてＸ
、Ｙ、２３軸各移動検出圧電素子を、探針に対称にそれ
ぞれ配置し、各端部をそれぞれ固定部材（ステージ）に
固定することにより、走査圧電素子の変位を移動検出圧
電素子の変位とし、その変位量を出力電圧として得るこ
とができる。
一般に、圧電素子には電圧を与えると変形する、また力
を与えると電圧を発生するという性質があることは周知
の通りである。後者の性質を利用したものに、圧電針、
加速度計があり、振動計の検出部に利用されている。
を与えると電圧を発生するという性質があることは周知
の通りである。後者の性質を利用したものに、圧電針、
加速度計があり、振動計の検出部に利用されている。
Ｘ、Ｙ、Ｚ３軸の各走査圧電素子に電圧をかけると変形
し、探針を移動させる。Ｙ軸走査圧電素子を例にとれば
、Ｙ軸走査圧電素子と対称位置、または平行して配置さ
れているＹ軸走査検出圧電素子は、探針とステージに固
定されているために、変形して電圧を発生する。これは
探針の変位に応じた電圧であり、この電圧を走査信号と
して処理して画像を作成する。
し、探針を移動させる。Ｙ軸走査圧電素子を例にとれば
、Ｙ軸走査圧電素子と対称位置、または平行して配置さ
れているＹ軸走査検出圧電素子は、探針とステージに固
定されているために、変形して電圧を発生する。これは
探針の変位に応じた電圧であり、この電圧を走査信号と
して処理して画像を作成する。
このように、従来は走査圧電素子への入力電圧から変位
量を想定していたが、探針の変位に応じた変位を検出圧
電素子に加え、その発生した電圧を走査信号として処理
して画像を作成するので、補正も容易にでき、画像の歪
みを無くすことができる。
量を想定していたが、探針の変位に応じた変位を検出圧
電素子に加え、その発生した電圧を走査信号として処理
して画像を作成するので、補正も容易にでき、画像の歪
みを無くすことができる。
以下、実施例を、図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の走査装置の側面図、第２図は、本発
明の他の実施例の走査装置の側面図、第３図は従来の走
査装置の側面図、第４図は圧電素子の電圧に対する変位
量を示す図であり、図中、１はＹ軸走査圧電素子、２は
Ｚ軸移動圧電素子、３は探針、４は試料、５はＹ軸走査
検出圧電素子、６．７．８はステージ、９は探針取付は
部、ＩＯはＺ軸走査検出圧電素子を示す。
明の他の実施例の走査装置の側面図、第３図は従来の走
査装置の側面図、第４図は圧電素子の電圧に対する変位
量を示す図であり、図中、１はＹ軸走査圧電素子、２は
Ｚ軸移動圧電素子、３は探針、４は試料、５はＹ軸走査
検出圧電素子、６．７．８はステージ、９は探針取付は
部、ＩＯはＺ軸走査検出圧電素子を示す。
第１図に示すように、試料４の表面を探針３で走査させ
るに際して、探針３を起点として、Ｙ軸走査圧電素子、
Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子（紙面に垂直に取
付けられ、図示されていない）を探針取付は部９に取付
け、他端をそれぞれステージ６．７．８ （図示せず）
に固定する。次いで、Ｙ軸走査圧電素子、Ｚ軸移動圧電
素子、Ｘ軸走査圧電素子の各走査圧電素子に対して、探
針取付は部９を中心として対称位置にＹ軸走査検出圧電
素子、Ｚ軸移動検出圧電素子、Ｘ軸走査検出圧電素子を
取付け、端部をそれぞれステージ６ａ、ステージ７ａ（
図示せず）、ステージ８ａ（図示せず）に固定する。
るに際して、探針３を起点として、Ｙ軸走査圧電素子、
Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子（紙面に垂直に取
付けられ、図示されていない）を探針取付は部９に取付
け、他端をそれぞれステージ６．７．８ （図示せず）
に固定する。次いで、Ｙ軸走査圧電素子、Ｚ軸移動圧電
素子、Ｘ軸走査圧電素子の各走査圧電素子に対して、探
針取付は部９を中心として対称位置にＹ軸走査検出圧電
素子、Ｚ軸移動検出圧電素子、Ｘ軸走査検出圧電素子を
取付け、端部をそれぞれステージ６ａ、ステージ７ａ（
図示せず）、ステージ８ａ（図示せず）に固定する。
このように構成することにより、ＸＹ平面をＸ軸走査圧
電素子、Ｙ軸圧型素子への入力電圧により探針を走査さ
せ、Ｚ軸移動圧電素子を走査させる際に、Ｙ軸走査検出
圧電素子、Ｚ軸移動検出圧電素子、Ｘ軸走査検出圧電素
子より、それぞれＹ軸走査圧電素子、Ｚ軸移動圧電素子
、Ｘ軸走査圧電素子の各変位量に応じた出力信号を得る
ことができる。
電素子、Ｙ軸圧型素子への入力電圧により探針を走査さ
せ、Ｚ軸移動圧電素子を走査させる際に、Ｙ軸走査検出
圧電素子、Ｚ軸移動検出圧電素子、Ｘ軸走査検出圧電素
子より、それぞれＹ軸走査圧電素子、Ｚ軸移動圧電素子
、Ｘ軸走査圧電素子の各変位量に応じた出力信号を得る
ことができる。
第２図は、本発明の他の実施例を示すものであり、Ｙ軸
走査圧電素子と平行して、Ｙ軸走査検出圧電素子を探針
取付は部９に取付けると共に、他端を同じステージ７に
固定する。Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子（図示
せず）についても同様である。この場合も第１図に示し
た場合と同様にＹ軸走査検出圧電素子、Ｚ軸移動検出圧
電素子、Ｘ軸走査検出圧電素子より、それぞれＹ軸走査
圧電素子、Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子の各変
位量に応じた出力信号を得ることができる 尚、上記の実施例以外にも、走査圧電素子による探針の
移動を検出できれば、走査検出圧電素子をどの方向に取
付けてもよい。
走査圧電素子と平行して、Ｙ軸走査検出圧電素子を探針
取付は部９に取付けると共に、他端を同じステージ７に
固定する。Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子（図示
せず）についても同様である。この場合も第１図に示し
た場合と同様にＹ軸走査検出圧電素子、Ｚ軸移動検出圧
電素子、Ｘ軸走査検出圧電素子より、それぞれＹ軸走査
圧電素子、Ｚ軸移動圧電素子、Ｘ軸走査圧電素子の各変
位量に応じた出力信号を得ることができる 尚、上記の実施例以外にも、走査圧電素子による探針の
移動を検出できれば、走査検出圧電素子をどの方向に取
付けてもよい。
走査圧電素子による探針の変位を他の圧電素子で検出し
て、これを走査信号として用いるため、従来圧電素子の
変形を走査圧電素子への入力信号で代用していたことに
より圧電素子のヒステリシスにより生じていた画像の歪
みを容易に補正でき、試料表面の構造の評価を正しくお
こなうことができる。
て、これを走査信号として用いるため、従来圧電素子の
変形を走査圧電素子への入力信号で代用していたことに
より圧電素子のヒステリシスにより生じていた画像の歪
みを容易に補正でき、試料表面の構造の評価を正しくお
こなうことができる。
また、走査検出圧電素子を走査圧電素子に取付けること
で、走査装置の剛性が増加し、振動に対する安定性を向
上できる。
で、走査装置の剛性が増加し、振動に対する安定性を向
上できる。
第１図は、本発明の走査装置の側面図、第２図は、本発
明の他の実施例の走査装置の側面図、第３図は従来の走
査装置の側面図、第４図は圧電素子の電圧に対する変位
量を示す図であり、図中、１はＹ軸走査圧電素子、２は
Ｚ軸移動圧電素子、３は探針、４は試料、５はＹ軸走査
検出圧電素子、６．７．８はステージ、９は探針取付は
部、１０出 願 人 日本電子株式会社代理人
弁理士 内１）亘彦（外３名）第１図 第２図
明の他の実施例の走査装置の側面図、第３図は従来の走
査装置の側面図、第４図は圧電素子の電圧に対する変位
量を示す図であり、図中、１はＹ軸走査圧電素子、２は
Ｚ軸移動圧電素子、３は探針、４は試料、５はＹ軸走査
検出圧電素子、６．７．８はステージ、９は探針取付は
部、１０出 願 人 日本電子株式会社代理人
弁理士 内１）亘彦（外３名）第１図 第２図
Claims (3)
- （１）３軸走査圧電素子に探針を取付け、試料表面を走
査する走査トンネル顕微鏡走査装置において、上記探針
取付け部と固定部材との間に、上記走査圧電素子とは別
の走査検出用圧電素子を取付けたことを特徴とする走査
トンネル顕微鏡用走査装置。 - （２）上記両圧電素子が、探針取付け部を中心として対
称に配置されている特許請求の範囲第１項記載の走査ト
ンネル顕微鏡用走査装置。 - （３）上記両圧電素子が、探針取付け部と固定部材との
間に、平行に配置されている特許請求の範囲第１項記載
の走査トンネル顕微鏡用走査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290362A JPH01131402A (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | 走査トンネル顕微鏡用走査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290362A JPH01131402A (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | 走査トンネル顕微鏡用走査装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01131402A true JPH01131402A (ja) | 1989-05-24 |
Family
ID=17755050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62290362A Pending JPH01131402A (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | 走査トンネル顕微鏡用走査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01131402A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0531811A2 (en) | 1991-08-30 | 1993-03-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Hand mechanism for robot |
| CN103116040A (zh) * | 2013-02-07 | 2013-05-22 | 浙江大学 | 基于扫描隧道效应的在位测量装置及扫描探针自动对中方法 |
-
1987
- 1987-11-17 JP JP62290362A patent/JPH01131402A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0531811A2 (en) | 1991-08-30 | 1993-03-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Hand mechanism for robot |
| CN103116040A (zh) * | 2013-02-07 | 2013-05-22 | 浙江大学 | 基于扫描隧道效应的在位测量装置及扫描探针自动对中方法 |
| CN103116040B (zh) * | 2013-02-07 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 基于扫描隧道效应的在位测量装置及扫描探针自动对中方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |