JPH01187402A - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH01187402A JPH01187402A JP63012358A JP1235888A JPH01187402A JP H01187402 A JPH01187402 A JP H01187402A JP 63012358 A JP63012358 A JP 63012358A JP 1235888 A JP1235888 A JP 1235888A JP H01187402 A JPH01187402 A JP H01187402A
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- JP
- Japan
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- rod
- probe
- piezo element
- fixed
- piezo
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Links
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- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000012671 ceramic insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 241000256247 Spodoptera exigua Species 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (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、走査トンネル顕微鏡における探針の粗動機構
に関する。
に関する。
走査トンネル顕微鏡に於いて、現在大きな問題となって
いる点は、探針を破損せずに、安全に２軸ピエゾ素子が
トンネル電流を検出できる０、１μｍ以下の距離に近づ
けるかという、所謂探針の粗動機構に関する問題である
。探針の粗動機構に関しては、従来回転型モーターでロ
ッドを長手方向に駆動しようとする方式、Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃＷａｌｋｅｒという電磁石を使用する方式、静電チ
エツクを使用して探針を試料に近づける方式がある。
いる点は、探針を破損せずに、安全に２軸ピエゾ素子が
トンネル電流を検出できる０、１μｍ以下の距離に近づ
けるかという、所謂探針の粗動機構に関する問題である
。探針の粗動機構に関しては、従来回転型モーターでロ
ッドを長手方向に駆動しようとする方式、Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃＷａｌｋｅｒという電磁石を使用する方式、静電チ
エツクを使用して探針を試料に近づける方式がある。
しかしながらこれらの方式では、Ｚ軸ピエゾ素子による
駆動範囲にまで探針を粗動させるために、ギアや梃子を
使用することになるため、どうしてもバンクラッシュや
ガタが生じ、探針が試料に衝突して探針を破損するとい
う問題が生じた。
駆動範囲にまで探針を粗動させるために、ギアや梃子を
使用することになるため、どうしてもバンクラッシュや
ガタが生じ、探針が試料に衝突して探針を破損するとい
う問題が生じた。
最近ピエゾ素子を使用したモーターが一般化しているが
、これは３個のピエゾ素子を使用してインチワーム（尺
取り虫）機構により動作を行わせ、ロットを駆動するも
のである。このピエゾモーターを使用する場合、ロット
を直接長手方向に動かせるので有効である。
、これは３個のピエゾ素子を使用してインチワーム（尺
取り虫）機構により動作を行わせ、ロットを駆動するも
のである。このピエゾモーターを使用する場合、ロット
を直接長手方向に動かせるので有効である。
そのために本発明は、ピエゾモーターを走査トンネル顕
微鏡の探針の粗動機構に適用することにより、探針をＺ
軸ピエゾ素子の駆動可能な範囲まで安全に近づける手段
を提供することを課題とする。
微鏡の探針の粗動機構に適用することにより、探針をＺ
軸ピエゾ素子の駆動可能な範囲まで安全に近づける手段
を提供することを課題とする。
本発明は、探針と、その走査部とを先端部に配置したロ
ッドからなる探針支持部において、該ロットの粗動機構
として、ピエゾモーターをロットと同心状に、且つ該探
針支持部に隣接するロット周囲に配設したこと、またこ
のピエゾモーターが、同心状の固定部材に固定され、且
つ上記ロット長手方向に沿い一定間隔で配置された２つ
の固定ピエゾ素子、およびこの固定ピエゾ素子の内、１
つの固定ピエゾ素子のロット側側面に、ロットに対向し
て取り付けられた、ロット長手方向にずれるシュアモー
ド型ピエゾ素子である駆動ピエゾ素子とからなり、各ピ
エゾ素子はそれぞれの駆動回路により駆動し、該ロッド
を長手方向に摺動させること、更に上記ロットが円柱、
または多角柱であり、この形状に対応して上記ピエゾ素
子の形状がそれぞれ円筒形、または該円筒形がロット長
手方向で分割された形状であることを特徴とする。
ッドからなる探針支持部において、該ロットの粗動機構
として、ピエゾモーターをロットと同心状に、且つ該探
針支持部に隣接するロット周囲に配設したこと、またこ
のピエゾモーターが、同心状の固定部材に固定され、且
つ上記ロット長手方向に沿い一定間隔で配置された２つ
の固定ピエゾ素子、およびこの固定ピエゾ素子の内、１
つの固定ピエゾ素子のロット側側面に、ロットに対向し
て取り付けられた、ロット長手方向にずれるシュアモー
ド型ピエゾ素子である駆動ピエゾ素子とからなり、各ピ
エゾ素子はそれぞれの駆動回路により駆動し、該ロッド
を長手方向に摺動させること、更に上記ロットが円柱、
または多角柱であり、この形状に対応して上記ピエゾ素
子の形状がそれぞれ円筒形、または該円筒形がロット長
手方向で分割された形状であることを特徴とする。
走査トンネル顕微鏡においては、操作中心が操作中にず
れていく、所謂ドリフトしていく問題があり、探針によ
るスキャンはできるだけ早く終了させる必要がある。そ
のためロットの固有振動数を上げてスキャニングするに
際し、ロットの振動による影響を少なくしておく必要が
ある。ピエゾモーターによるとロットを堅く把持するの
でロットの固有振動数を従来の方式に比較して１桁上げ
ることができる。またピエゾ素子の移動量は、各素子の
圧電定数、大きさ、印加電圧により決まり、１サイクル
Ｏ，１μｍ程度は容易に移動しうる。
れていく、所謂ドリフトしていく問題があり、探針によ
るスキャンはできるだけ早く終了させる必要がある。そ
のためロットの固有振動数を上げてスキャニングするに
際し、ロットの振動による影響を少なくしておく必要が
ある。ピエゾモーターによるとロットを堅く把持するの
でロットの固有振動数を従来の方式に比較して１桁上げ
ることができる。またピエゾ素子の移動量は、各素子の
圧電定数、大きさ、印加電圧により決まり、１サイクル
Ｏ，１μｍ程度は容易に移動しうる。
一般にピエゾ素子は、駆動回路により電圧を印加される
ことにより伸縮、ズレ（シュアモード）を生じる。本発
明のピエゾ素子は、第１図に示すように固定ピエゾ素子
７．９は伸縮ピエゾ素子を使用し、ロットに対して垂直
方向に伸縮するように配置し、その内固定ピエゾ素子７
には、駆動ピエゾ素子８をロッド側側面に取りつけ、固
定ピエゾ素子７を伸縮させることにより、駆動ピエゾ素
子８をロッド１０に押しつけたり、離したりする。
ことにより伸縮、ズレ（シュアモード）を生じる。本発
明のピエゾ素子は、第１図に示すように固定ピエゾ素子
７．９は伸縮ピエゾ素子を使用し、ロットに対して垂直
方向に伸縮するように配置し、その内固定ピエゾ素子７
には、駆動ピエゾ素子８をロッド側側面に取りつけ、固
定ピエゾ素子７を伸縮させることにより、駆動ピエゾ素
子８をロッド１０に押しつけたり、離したりする。
駆動ピエゾ素子８は、シュアモードピエゾ素子で、ロッ
ト１０に押しつけられた際、電圧を印加されると、ロッ
ト１０を第１図におけるＸ、またはＸ゛方向摺動させる
ものである。
ト１０に押しつけられた際、電圧を印加されると、ロッ
ト１０を第１図におけるＸ、またはＸ゛方向摺動させる
ものである。
固定ピエゾ素子７．９は駆動回路により０ｎ−Ｏｆｆで
駆動するものとしておけばよいが駆動ピエゾ素子８を高
電圧で操作するようにしておけば、印加電圧の最高値ま
での適当な値を印加することにより、ロットの移動量を
適宜の位置で停止させることが可能となる。したがって
探針と試料間のトンネル電流をモニターしていれば、駆
動ピエゾ素子８の移動量を制御することができる。これ
により、例えばＺ軸ピエゾ素子の駆動範囲にまで、探針
を早く粗動させ、次いで微動により探針を更に試料に近
づけることができるので、従来のように探針を試料に衝
突させて探針を破損することがない。
駆動するものとしておけばよいが駆動ピエゾ素子８を高
電圧で操作するようにしておけば、印加電圧の最高値ま
での適当な値を印加することにより、ロットの移動量を
適宜の位置で停止させることが可能となる。したがって
探針と試料間のトンネル電流をモニターしていれば、駆
動ピエゾ素子８の移動量を制御することができる。これ
により、例えばＺ軸ピエゾ素子の駆動範囲にまで、探針
を早く粗動させ、次いで微動により探針を更に試料に近
づけることができるので、従来のように探針を試料に衝
突させて探針を破損することがない。
第１図は本発明における探針の粗動機構を示す断面図、
第２図は本発明の探針の粗動機構の駆動メカニズムを示
す図である。
第２図は本発明の探針の粗動機構の駆動メカニズムを示
す図である。
１は試料、２は探針、３はＺ軸ピエゾ素子、４はＸ軸駆
動ピエゾ素子、５はＹ軸駆動ピエゾ素子、６はセラミッ
ク絶縁材からなる固定部材、７は固定ピエゾ素子、８は
駆動ピエゾ素子、９は固定ピニジ素子、１０はロッド、
１１は探針ホルダーを示す。
動ピエゾ素子、５はＹ軸駆動ピエゾ素子、６はセラミッ
ク絶縁材からなる固定部材、７は固定ピエゾ素子、８は
駆動ピエゾ素子、９は固定ピニジ素子、１０はロッド、
１１は探針ホルダーを示す。
第１回に示すように、試料ｌに対向して探針２が配置さ
れ、探針２は探針ホルダー１１に固定され、Ｚ軸ピエゾ
素子３、Ｘ軸駆動ピエゾ素子４、Ｙ軸駆動ピエゾ素子５
と共に、ロッド１０と一体に形成されて探針走査部を形
成している。
れ、探針２は探針ホルダー１１に固定され、Ｚ軸ピエゾ
素子３、Ｘ軸駆動ピエゾ素子４、Ｙ軸駆動ピエゾ素子５
と共に、ロッド１０と一体に形成されて探針走査部を形
成している。
またロッド１０はピエゾモーターを構成する各ピエゾ素
子、即ち固定ピエゾ素子７．９、駆動ピエゾ素子８内に
配置され、これらの駆動の組み合わせにより、第１図に
示すＸ、またはＸ°力方向精密移動する。各固定ピエゾ
素子７．９の外周面は固定部材６に固定されており、固
定ピエゾ素子７のロッド側側面には駆動ピエゾ素子８が
取りつけられている。
子、即ち固定ピエゾ素子７．９、駆動ピエゾ素子８内に
配置され、これらの駆動の組み合わせにより、第１図に
示すＸ、またはＸ°力方向精密移動する。各固定ピエゾ
素子７．９の外周面は固定部材６に固定されており、固
定ピエゾ素子７のロッド側側面には駆動ピエゾ素子８が
取りつけられている。
次ぎに第２図、（ａ）〜（ｆ）によりピエゾモーターの
駆動メカニズムについて説明する。
駆動メカニズムについて説明する。
（ａ）まず固定ピエゾ素子７を駆動回路（図示せず）に
より、ロッド１０に対して垂直方向に駆動させ、駆動ピ
エゾ素子８をロッド１０に押しつけることによりロッド
１０を把持する。
より、ロッド１０に対して垂直方向に駆動させ、駆動ピ
エゾ素子８をロッド１０に押しつけることによりロッド
１０を把持する。
（ｂ）次ぎに駆動ピエゾ素子８に電圧を印加し、ずれ駆
動させ、ロッド１０を長手方向Ｘ方向に移動させる。
動させ、ロッド１０を長手方向Ｘ方向に移動させる。
（Ｃ）（ｂ）の状態で固定ピエゾ素子９に電圧を印加し
てロッド１０に対して垂直に駆動させてロッド１０を把
持しロッド１０を固定する。
てロッド１０に対して垂直に駆動させてロッド１０を把
持しロッド１０を固定する。
（ｄ）固定ピエゾ素子７をＯｆｆにして、駆動ピエゾ素
子８をロッド１０から離す。
子８をロッド１０から離す。
（ｅ）駆動ピエゾ素子８をＯｆｆにして元に戻す。
（ｆ）固定ピエゾ素子７を再びＯｎにして、駆動ピエゾ
素子８を介してロッド１０を把持する。
素子８を介してロッド１０を把持する。
以上を１サイクルとして、さらに進める場合には上記の
動作を繰り返せばよい。また駆動ピエゾ素子８への印加
電圧の極性を変えることにより、ロッド１０の移動方向
を第１図に示すＸ、またはＸ”方向に変えることができ
る。
動作を繰り返せばよい。また駆動ピエゾ素子８への印加
電圧の極性を変えることにより、ロッド１０の移動方向
を第１図に示すＸ、またはＸ”方向に変えることができ
る。
このように粗動機構により探針を、探針走査部における
Ｚ軸ピエゾ素子３の駆動範囲にまで持ってきた段階で、
探針走査部におけるｘＹ軸駆動ピエゾ素子４．５を動作
させ試料１表面を走査すればよい。図示はしていないが
、探針２と試料１の間には適当なバイアス電圧が印加さ
れている。
Ｚ軸ピエゾ素子３の駆動範囲にまで持ってきた段階で、
探針走査部におけるｘＹ軸駆動ピエゾ素子４．５を動作
させ試料１表面を走査すればよい。図示はしていないが
、探針２と試料１の間には適当なバイアス電圧が印加さ
れている。
また走査時にば、固定ピエゾ素子７をＯｎにしてロッド
１０の固有振動数を上げておけば、安定して走査させる
ことができる。またＺ方向の制御は微小ドライブ用ピエ
ゾ素子３を使用するのがよい。
１０の固有振動数を上げておけば、安定して走査させる
ことができる。またＺ方向の制御は微小ドライブ用ピエ
ゾ素子３を使用するのがよい。
走査トンネル顕微鏡において、探針をＺ軸ピエゾ素子に
よる走査範囲にまで近づける粗動機構として、本発明で
はピエゾモーターを使用することにより、探針を試料に
衝突させることなく安全に近づけることが可能となった
。またＺ軸ピエゾ素子と試料の間のトンネル電流をモニ
ターして制御することにより自動的に探針を試料に近づ
けることができ、モータードライブを可能とすることが
できる。
よる走査範囲にまで近づける粗動機構として、本発明で
はピエゾモーターを使用することにより、探針を試料に
衝突させることなく安全に近づけることが可能となった
。またＺ軸ピエゾ素子と試料の間のトンネル電流をモニ
ターして制御することにより自動的に探針を試料に近づ
けることができ、モータードライブを可能とすることが
できる。
更にロッドを摺動させるのに、シュアモード型ピエゾ素
子を使用するので、ロッドを従来の如く円柱だけではな
く、多角柱、例えば３角柱、４角柱等のものでも採用す
ることができる。
子を使用するので、ロッドを従来の如く円柱だけではな
く、多角柱、例えば３角柱、４角柱等のものでも採用す
ることができる。
また、探針の粗動機構としてピエゾモーターを使用する
ので、試料の加熱が必要な場合とか、スパフタリングし
たりする時に、探針の汚染を防止するため探針を本発明
の粗動機構により容易に試料から遠ざけることができる
。
ので、試料の加熱が必要な場合とか、スパフタリングし
たりする時に、探針の汚染を防止するため探針を本発明
の粗動機構により容易に試料から遠ざけることができる
。
更に本発明では、採針を任意の位置で堅固に固定できる
ので、システムの固有振動数をあげることができ、高速
走査が可能になる。
ので、システムの固有振動数をあげることができ、高速
走査が可能になる。
第１図は本発明における探針の粗動機構を示す断面図、
第２図は本発明における探針の粗動機構の駆動メカニズ
ムを示す図である。 １は試料、２は探針、３はＺ軸ピエゾ素子、４はＸ軸駆
動ピエゾ素子、５はＹ軸駆動ピエゾ素子、６はセラミッ
ク絶縁材からなる固定部材、７は固定ピエゾ素子、８は
駆動ピエゾ素子、９は固定ピエゾ素子、１０はロッド、
１１は探針ホルダーを示す。 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｅ） （ｆ）
第２図は本発明における探針の粗動機構の駆動メカニズ
ムを示す図である。 １は試料、２は探針、３はＺ軸ピエゾ素子、４はＸ軸駆
動ピエゾ素子、５はＹ軸駆動ピエゾ素子、６はセラミッ
ク絶縁材からなる固定部材、７は固定ピエゾ素子、８は
駆動ピエゾ素子、９は固定ピエゾ素子、１０はロッド、
１１は探針ホルダーを示す。 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｅ） （ｆ）
Claims (3)
- （１）探針と、その走査部とを先端部に配置したロッド
からなる探針支持部において、該ロッドの粗動機構とし
て、ピエゾモーターをロッドと同心状に、且つ該探針支
持部に隣接するロッド周囲に配設したことを特徴とする
走査トンネル顕微鏡。 - （２）上記ピエゾモーターが、同心状の固定部材に固定
され、且つ上記ロッド長手方向に沿い一定間隔で配置さ
れた２つの固定ピエゾ素子、およびこの固定ピエゾ素子
の内、１つの固定ピエゾ素子のロッド側側面に、ロッド
に対向して取り付けられた、ロッド長手方向にずれるシ
ュアモード型ピエゾ素子である駆動ピエゾ素子とからな
り、各ピエゾ素子はそれぞれの駆動回路により駆動し、
該ロッドを長手方向に摺動させることを特徴とする請求
項１記載の走査トンネル顕微鏡。 - （３）上記ロッドが円柱、または多角柱であり、この形
状に対応して上記ピエゾ素子の形状がそれぞれ円筒形、
または該円筒形がロッド長手方向で分割された形状であ
ることを特徴とする請求項１、または２記載の走査トン
ネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63012358A JPH01187402A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63012358A JPH01187402A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01187402A true JPH01187402A (ja) | 1989-07-26 |
Family
ID=11803053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63012358A Pending JPH01187402A (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01187402A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0330250A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル顕微鏡 |
| JP2004004060A (ja) * | 2002-04-26 | 2004-01-08 | Jeol Ltd | 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 |
| CN106597025A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-04-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜 |
| CN106645802A (zh) * | 2015-10-30 | 2017-05-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182112A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-14 | Rion Co Ltd | 精密変位駆動装置 |
-
1988
- 1988-01-21 JP JP63012358A patent/JPH01187402A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182112A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-14 | Rion Co Ltd | 精密変位駆動装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0330250A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 走査トンネル顕微鏡 |
| JP2004004060A (ja) * | 2002-04-26 | 2004-01-08 | Jeol Ltd | 移動ステージ装置及び走査形プローブ顕微鏡 |
| CN106597025A (zh) * | 2015-10-16 | 2017-04-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜 |
| CN106645802A (zh) * | 2015-10-30 | 2017-05-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜 |
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