JPH01491A

JPH01491A - 微小位置決め機構

Info

Publication number: JPH01491A
Application number: JP62-127414A
Authority: JP
Inventors: 寛阪東; 洋志徳本; 亘水谷; 茂脇山; 坂井　文樹; 雅次繁野
Original assignee: 工業技術院長; セイコーインスツルメンツ株式会社
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1989-01-05

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、分析ａ器および走査型トンネル顕微鏡の分
野において、検出探針部の微小位置出しを行なう微動機
構に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、盤状圧電素子体の少なくとも一面の電極を
四等分し、ｘ、ｙ軸動作させる機構とし、前記盤状圧電
素子体上に、Ｚ軸動作用棒状圧電素子体を垂直に立て、
前記盤状圧電素子体又は、前記棒状圧電素子体に取付け
られた、検出探針取付台を介して固定された検出探針を
三次元に微小に位置決めするもので、極めて高剛性に形
成され、微細な位置出しを可能にしたものであり、産業
上有益な圧電素子微動機構である。

〔従来の技術〕

試料表面と検出探針先端部間に流れるトンネル電流を検
出し、トンネル電流が一定になるように、試料表面と検
出探針先端部との間を制御して、原子構造を観察する走
査型トンネル顕微鏡においては、試料表面ｘ、　　ｙ方
向及び試料表面の凹凸に沿って動作する三次元の倣動機
構が必要である。そして、従来は、ｘ、　　ｙ軸を一体
に形成した圧電素子体にＺ軸周棒状圧電素子体を組合わ
せたもの（５７Ｍ装置の試作、第３３回応用物理学関連
連合講演会予稿（１９８６）小野雅敏、他）が知られて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の圧電素子微動機構において、ｘ、ｙ軸を一体に形
成した圧電素子体にＺ軸周棒状圧電素子体を組合わせた
ものは、構造上、振動的観点からみると、第８図に示す
様に比較的共振周波数が低い為、試料表面を低速走査す
る上では問題はないが、試料表面と検出探針先端部との
間の制御の応答速度に限りがある。しかも、非対称構造
である為、外乱（例えば熱）によるドリフトに弱く、検
出部を安定に位置決めし、保持しておくことが、難しい
という問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決する為に本発明は、盤状圧電素子体
の少なくとも一面電極を四等分して、Ｘ。

ｙ軸用動作機構を作製し、ｉ；Ｉ記盤状圧電素ｒ体上に
、Ｚ軸動作用、圧電素子体を垂直に立て箱体２こて固定
することにより、極めて硬い構成にし、共振周波数を高
め、しかも、高対称性に、形成するように、１１；１２
盤状圧電素子体の中突起に固定された検出探針取付は台
を介して、検出探針を固定することにより、外乱による
変動が均一に渡るようにし、検出探針の位置変動を少な
くすることを可能にした。

〔作用〕

少なくとも一面に四等分された電極を有する盤状圧電素
子体とそれに垂直にＺ軸動作用圧電素子体を固定し、そ
れらを箱体に固定した、三次元微動機構を構成すること
により、堅くて、機械的共振周波数の高い（第９図）微
動機構が作製でき、しかも、検出部に対し、機構が高対
称性を有している為、外乱、特に熱的ドリフトが均一に
なり、検出部へのドリフトを軽減すること沙（可能にな
る。

〔実施例〕

本実施例は、走査型トンネル顕微鏡の検出探針部を微細
に位置決めする微動機構に関するもので、以下、図面に
基づいて説明してい（こととする。

（第一実施例）第１図及び第２図は、本発明、第一実施例の概略図を示
したものであり、第３図示す様に、電圧を印加すること
により、矢印方向に動作する円盤状圧電素子体ｌがあり
、前記円盤状圧電素子の一方の面には、棒状の圧電素子
体２が垂直に固定され、他方の面には、検出探針取付台
４を介し、検出探針５が取付けられている。そして、前
記円盤状圧電素子体ｌと前記棒状圧電素子体２は、箱体
３に固定されリジットに形成されている。又、前記箱体
３の側面には、内側部用配線出し穴３ａ、　３ｂ。

３ｃが形成されている。そして、前記円盤状圧電素子体
の電極構成は、第５図では片面を分割、他の面を一面電
極で、又第６図では両面を分割電極で構成とした。第５
図の構成においては、裏面の電極Ｉｓを共通ヘースとし
て、１１と１．の電極に逆電圧を印加すると、外周が箱
体３に固定されていることから、電極１１部と電極ｌ３
部は、一方は矢印（イ）に示す方向に縮まり、他方は、
矢印（ロ）に示す方向にふくらむことにより、探針５が
取付けられる中心部Ｏが実質矢印（ハ）に示す方向に動
くことになる。また、電極１２部と電極１４部について
も同様で、矢印（ハ）と直交する方向に中心部０が動く
ことになる。

又、第６図に示す電極構成においては、電極ｌ。

と電極１７．１３と１．を結線した状態でＩＩと１゜間
に電圧を印加することにより、先の場合と同様に、矢印
（ハ）方向に中心部Ｏを動かすことができ、それと直交
する方向の動きは、１ｔと１ｇ、１゜と【６を結線した
状態でｌｌと１４間に電圧を印加することで行える。以
上の方法で面内の走査が行われ、垂直方向に関しては、
棒状圧電素子体２の伸縮によっ行える。

以上の様に構成したことにより、微動機構を極めて堅く
形成することができ、機械的共振を従来のものより高め
ることができた。（第９図）又、対称性の高い構造とな
っている為、外乱に対する検出探針部のドリフトを軽減
することができた。

（第二実施例）第４図は、本発明の第二実施例の断面図を示したもので
、Ｚ軸動作用に、より剛性を高める目的で、円筒状圧電
素子体６を用いたものであり、若干ではあるが、第一実
施例より共振周波ｆ；１．を高めることができた。

（第三実施例）原子レベル観察用に対しては、面内走査用として、第５
図、第６図に示す円筒状圧電素子体は有効であるが、も
う少し大きな範囲を走査する際の相互干渉の軽減を目的
に基本的には第２図又は第３図のような構成をとり円盤
状圧電素子体を第７図に示す様な、電極間に切り込みを
有する円盤状圧電素子体を用い、Ｚ軸動作用には、棒状
圧電素子体又は、円筒状圧電素子体を用いて、微動機構
を構成した。剛性は第一実施例、第二実施例よりは、少
し落ちたものの、従来のものよりは、高い直線性を得た
。

〔発明の効果］本発明による微小Ｉ）χ；η決めａｌＪ７．ｔは、旦厖
周波数が高い（７４造に形成されている為、これにより
試料表面と検出探針先端部との間の制御の応答速度を上
げることができ、しかも、高対称性に形成することにＪ
、す、外乱によるドリフトに強＜、検出部を安定に位置
決めすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１し１は、本発明微動Ｒ構概略斜視図、第２図は、本
発明第一実施例の断面図、第３図は、円盤状圧電に吊体
動作概略説明し１、第４図は、本発明第２実施例の断面
図、第５図（Ａ）、　（Ｂ）は、第目η盤扶圧電素子体
電極構成平面図、第６１２７（Ａ）。（＋３）は、第２円盤状圧電素子体電極構成平面図、第
７図（Δ）、（Ｂ）は、第３円盤状圧電素子体電極構成
平面図、第８図は、従来微動機構周波数特性を示す説明
図、第９図は、本発明微動機構周波数特性を示す説明図
である。ｌ・・・・・・・・・・円盤状圧電素子体Ｂ、１２．１
ｓ、１−、Ｉｓ、Ｉｔ、ｌ？、＋８　・・・電極ｌａ、
　ｌｂ、　ｌｃ、　ｌｄ　　・・・切り込み２・・・・
・・・・・・棒状圧電素子体３・・・・・・・・・・箱
体４・・・・・・・・・・探針取付台５・・・・・・・・・・検出探針６・・・・・・・・・・円筒状圧電素子体以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一面に四分割以上にされた電極を有す
る盤状圧電素子体と前記盤状圧電素子体に垂直に固定さ
れた棒状圧電素子体と、前記盤状圧電素子体と前記棒状
圧電素子体を固定する箱体と前記盤状圧電素子体又は、
前記棒状圧電素子体に取付けられた検出探針取付台と検
出探針とからなる極めて堅く形成させ、検出探針部を三
次元的に微細な位置決めをすることを特徴とする微小位
置決め機構。
（２）前記盤状圧電素子体に形成された電極間に切り込
みを入れたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
載の微小位置決め機構。
（３）前記盤状圧電素子体に円筒状圧電素子体を固定し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小位
置決め機構。