JPH0281487A - 微動機構 - Google Patents
微動機構Info
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- JPH0281487A JPH0281487A JP63232930A JP23293088A JPH0281487A JP H0281487 A JPH0281487 A JP H0281487A JP 63232930 A JP63232930 A JP 63232930A JP 23293088 A JP23293088 A JP 23293088A JP H0281487 A JPH0281487 A JP H0281487A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
おいて、検出探針と試料表面間を高精度に位置決めしな
がら試料表面を高精度に走査する微動機構に関する。
その外面と内面に複数の動作電極を有する圧電駆動部材
において、その先端に固定した検・出探針を三次元方向
に動作可能にする微動機構であって、少なくともl軸以
上に2組以上の動作電極を有し、高精度多段駆動を可能
にする。
出し、トン矛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サブナノメータオーダーという高精
度で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、試料表面の面内方向(X −V)及び試料
表面の凹凸に沿って動作する三次元の微動機構が必要で
ある。従来公知の微動機構としては、x−y軸を一体に
形成した圧電駆動部材に2軸周棒状圧電駆動部材を組合
わせたもの(STM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)。
駆動部材からなるもの(真空トンネル顕微鏡用微動素子
の特性評価・第32回応用物理学関連連合講演会予稿(
1985)、岡山重大、他)及び中空円筒状圧電駆動部
材からなるもの(Single−Lube three
dimensional 5canner for s
canning tunnelingmicrosco
py、G、Binnig(fil 1986 Amer
ican In5tituteof physics
Rev、5ci−1nstrun+、57(8)、^u
gnst 1986)などが知られている。
電駆動部材を組合わせたものは、構造上剛性が低く共振
周波数も低いため、制御応答速度に問題がある。またキ
エービノク状圧電駆(す3部材からなるものは、前記形
状のものに比べ剛性が高く共振周波数も高くできるが、
加工が難しいという欠点がある。
らなるものは、剛性が高く共振用01敗も高くでき、加
工及び取扱い上も容易である。しかし、z軸方向動作の
ための電極は第2図に示すように1&1l(6,7)L
、か有していない。この場合、圧電駆動部材の2軸方向
への変位量Δlは電極間の厚みt、電極7の長さ1.素
材からくる圧電定数d、1.印加電圧の変化量ΔVによ
り定まり、次の碌な関係式となる。
小さくし、z軸方向の動作分解能を原子レベルよりも小
さく (0,01=0.00Ins)するためには、
印加電圧の変動を押え、電極長さlを短くする必要があ
る。一方、検出探針をトンネル電流領域まで試料表面に
近づける際、検出探針とj工(ネ4表面との衝突を避け
るためには、2方向の可動量は大きくする必要がある。
は、Z軸方向動作のための電極が1組しかないので、高
電圧まで印加できる、極めて電圧変動の少ない電源が必
要になるという欠点があった。また、x−y軸方向に走
査する場合においても、微小領域を高分解能で走査し、
なおかつ大領域の走査も可能にするには、tUの動作電
極しかないときは、前記と同様にT!!、源に問題があ
る。
空状に形成されており、その外面と内面にそれぞれ1つ
以上の動作電極を有する圧電駆動部材において、少なく
ともl軸以上の動作電極を2組以上有する構成としてい
る。
いては、検出探針をトンネル電流領域まで試料表面に近
づける時は、単位電圧当たりの変位量が大きくなるよう
に、1組又は複数組の動作電極に電圧を印加して、検出
探針と試料表面との衝突を避ける。トンネル電流領域で
試料表面内(X・y)を走査する時は、所望の動作分解
能に応して、l&Ilの動作電極又は複数組の動作電極
に電圧を印加して制御する。x’y軸動作電掘を複数有
する場合も同様である。
。
の倣動i構及び動作電極の配置を示したものである。中
空円筒形状圧電駆動部材は、圧電材料例えばPZTから
成り、その寸法は例えば外径losg、内径4慮曽、高
さ23−である、電極構成は、中空円筒の軸方向(2軸
)に2段階に動作できるよう乙こ2宿の電極7a、 7
bを有し、さらにx y方向にも動作できるように、電
極8a、 8b、 9a、 91+を有している。そし
て中空円筒の内面には、共通電極6を有している。この
共通電極6は、配線を容易にするために外面に折り返し
て形成されている。また、x’y動作電i8a、 8b
、 9a、 9bは外面に等分S!1で配置され、X軸
動作電極8aと8b及び、X軸動作電極9aと9bはそ
れぞれ対向した位置に配置されており、それらの面積及
び形状はすべて同しである。
るために、幅を変えて形成されている。
し、7軸動作電11j11aおよび7bに、又はそのい
ずれかに、正又は負の電圧を印加することにより圧電駆
動部材が厚み方向に変位することで結果としてz軸方向
に2段階の変位を生じる。X及びy軸方向は、それぞれ
の相対向する電極の一方に共iI電極に対し正の電圧を
印加し、他方には負の電圧を印加することにより、一方
は縮む方向に圧電駆動部材が変形し、他方は延びる方向
に変形することで圧電駆動部材全体として傾きが生じ、
結果としてX及びy軸方向に変位が生しる。
もので、段付中空円筒形状の圧電駆動部材12の上端に
、絶縁性材料5及びメネジが切られた検出探針台4が取
付けられ、オネジが切られた検出探針ホルダー3に固定
された検出探針2が前記検出探針台4に組み込まれてい
る。動作電極の構成は第一実施例と同様になっている。
示す。第4図は中空円錐台形状、第5図は段付中空円錐
台形状、第6図は中空角柱形状の圧電駆動部材からなる
微動機構であり、それらの動作電極構成は基本的に第一
実施例と同様である。
ト部に走査要素として組込んだ例を第7図に基づいて説
明する。
4に固定され、スライダー24は駆動伝達機構25を介
して箱体23に取付けられた粗動機構26に連結してい
る。そして試料21は試料台22を介して箱体23に取
付けられた構成となっている。
れるように、検出探針2を試料21に近づける粗動にっ
てい説明する。粗動機構26としてステッピングモータ
ーを用い、駆動伝達機構25として!#密差動ネジを用
いる。ill粗動機構26で1パルス分スライダー24
を移動する。(21微動機構12の2軸動作電極7aに
粗動機構26の!パルス分の移動量より小さい分解能で
電圧を印加していき、検出探針2を試料21に近づけて
いく。トンネル電流を検出したら、2軸動作電極7aへ
の印加電圧を保持し、図示していないロック機構でスラ
イダー24をロックし、さらにこれも図示していないク
ラッチを解除して駆動伝達機構25とスライダー24と
の連結を切り離す。2軸動作電極7aに最大電圧(ステ
ッピングモーターの1パルス分移動廿よりも大きな移動
量に相当、たとえば0.5μト司μl11)を印加して
もトンネル電流を検出しない場合は、2軸動作電極7a
への印加電圧を微動機構12が最も縮まるようにし、ト
ンネル電流を検出するまで、(1)、(2)を繰り返す
。
、 9b及び2軸動作電極7bに所望の電圧を印加する
ことにより、試料21の表面を観察する。
施例の微動機構及び動作電極の配置を示したものである
。電極構成は、第一実施例の電極構成にX・y方向の電
極31a、 31b、 32a、 32bを付加したも
のとしている。X、 y動作型1fi+31a、 3
1b、 32a32bはx−y動作電極8a、 8b、
9a、 9bと同様に外面に等分割で配置されている
。X軸動作@ Fi 31 aと31b及びy軸動作電
極32aと32bはそれぞれ対向した位置に配置されて
おり、それらの面積及び形状はすべて同しであるが、x
−y動作電極8a、 8b。
に、幅を変えて形成されている。
と同様である。X軸方向については、相対向する2組の
電極8aと8b及び31aと31b、又はいずれか1M
lの電極8aと8bまたは31aと31bに、共通電極
6に対し相対向する電極の一方に正の電圧を印加し、他
方番こは負の電圧を印加することにより、X軸方向に2
段階の変位を生しる。y軸方向についても同様である。
作電極を2組以上有することから、たとえば、2軸動作
電極を2組以上有するときは、特別な電源を用いること
なく、高分解能かつ動作量の大きな微動機溝を実現でき
、また、x−y軸動作電極を複数組有するときは、微小
領域から大領域までの多段駆動可能な微動機構が実現で
きる。
配置図、第2図は従来の中空円筒形状電極駆動部材微動
機構の斜視図および断面図、第3図は第二実施例の微動
機構の斜視図、第4図は第三実施例の微動機構の斜視図
、第5図は第四実施例の微動機構の斜視図、第6図は第
五実施例の微動機構の斜視図、第7図は第二実施例の微
動機構を組込んだ走査型トンネル顕微鏡のトンネルユニ
7)部概略図、第8図は第六実施例の倣動機構の斜視図
および動作電極配置図である。 指定代理人 32a。 32b・ y軸動作電極 工業技術院長 株式会社 小板研究所 セイコー電子工業株式会社 工業技術院電子技術総合研究所長 杉油 賢 弁理土柱 敬之助 1.11.12.13.14.15・・・圧電駆動部材
2・・・・・・・・・・検出探針 3・・・・・・・・・・検出探針ホルダー4・・・・・
・・・・・積出探針台 5・・・・・・・・・・絶縁性材料 6・・・・・・・・・・共通電極 7、7a、 7b・・・・・・2軸動作電橿8a、 8
b、 31a、 31b −・−x軸動作電極$考案微
i広嫂遇趨姻みΔにだ′
Claims (1)
- 少なくとも一部が中空状に形成されており、その外面と
内面にそれぞれ1つ以上の動作電極を有する圧電駆動部
材において、少なくとも1軸以上の動作電極を2組以上
有することを特徴とする微動機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63232930A JPH0762603B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 微動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63232930A JPH0762603B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 微動機構 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0281487A true JPH0281487A (ja) | 1990-03-22 |
JPH0762603B2 JPH0762603B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=16947074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63232930A Expired - Lifetime JPH0762603B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 微動機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0762603B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009224234A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Hitachi High-Technologies Corp | ステージ及び電子顕微鏡装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60109774A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Olympus Optical Co Ltd | 圧電型変位装置 |
JPS62117379A (ja) * | 1985-11-16 | 1987-05-28 | Tohoku Metal Ind Ltd | 円筒型圧電アクチユエ−タ及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-09-16 JP JP63232930A patent/JPH0762603B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60109774A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Olympus Optical Co Ltd | 圧電型変位装置 |
JPS62117379A (ja) * | 1985-11-16 | 1987-05-28 | Tohoku Metal Ind Ltd | 円筒型圧電アクチユエ−タ及びその製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009224234A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Hitachi High-Technologies Corp | ステージ及び電子顕微鏡装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0762603B2 (ja) | 1995-07-05 |
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