JPH0293348A - Apparatus for evaluating stm probe - Google Patents

Apparatus for evaluating stm probe

Info

Publication number
JPH0293348A
JPH0293348A JP24382188A JP24382188A JPH0293348A JP H0293348 A JPH0293348 A JP H0293348A JP 24382188 A JP24382188 A JP 24382188A JP 24382188 A JP24382188 A JP 24382188A JP H0293348 A JPH0293348 A JP H0293348A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
electric field
stm
image
energy
Prior art date
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
Application number
JP24382188A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Sakai
明 酒井
Kazuyoshi Sugihara
和佳 杉原
Yoshiaki Akama
赤間 善昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP24382188A priority Critical patent/JPH0293348A/en
Publication of JPH0293348A publication Critical patent/JPH0293348A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE:To evaluate the electron state of an STM probe by measuring the energy distribution of the element ion subjected to electric field ionization from a needle-shaped sample. CONSTITUTION:A probe 1 is set to a probe holder 2 and a vacuum tank 7 is evacuated by a high vacuum pump 18 to introduce helium 9 into said tank 7. Next, when high voltage is applied to the probe 1, the electric field ionization of helium is started in the vicinity of the surface of the probe 1 and the image of the high electric field part on the surface of the probe 1 is projected on a screen 11. This image is observed from an observation window 13 to investi gate the presence of the atomic cluster 19 contributing to the tunnel current of STM. Subsequently, the azimuth of the probe 1 is changed by a manipulator and the image of the cluster 19 is allowed to coincide with a probe hole 14. At this time, the helium ion 19 subjected to electric field ionization passes through the hole 14 to be detected by an energy analyser 15. The energy spec trum of this ion is measured to know the local state density of the atomic cluster on the surface of the probe 1.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はSTMに関し、特に探針の評価装置に係る。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to STM, and particularly to a probe evaluation device.

(従来の技術) STMは、金属探針と試料とをlnm程度以下に近づけ
た時に両者の間を流れるトンネル電流の変化から、試料
表面の起伏を高分解能で測定する装置である。トンネル
電流の大きさは試料表面と探針目方の電子状態(正確に
は局所状態密度)に依存しており、理論的には、次式の
ように表わされる。
(Prior Art) STM is a device that measures the undulations of a sample surface with high resolution based on changes in the tunneling current flowing between a metal probe and a sample when the two are brought close to each other within about 1 nm. The magnitude of the tunneling current depends on the electronic state (more precisely, the local state density) of the sample surface and the direction of the probe, and is theoretically expressed as the following equation.

れ試料表面、探針の局所状態密度であり、 EFはフェ
ルミ市位である、上式から明らかなように、試料表面の
みの情報をITから得るためには、2丁(r、E)がE
に対して一定であることが必要である。つまり、STM
探針として必要な条件は、先端の曲率半径が小さい(こ
れは高分解能を得るのに必要となる)ことの他に1局所
状jlA密度ρ丁が一定であることもまた、必要な条件
となっている。もしもρ7が一定でなくEに対して大き
なピークを持つ場合には、STMによって得られるイメ
ージが、必ずしも表面の起伏を反映したものにはなって
いないことが知られている。
is the local density of states of the sample surface and the tip, and EF is the Fermi city level.As is clear from the above equation, in order to obtain information only about the sample surface from IT, two lenses (r, E) are required. E
It is necessary to be constant for . In other words, STM
In addition to the small radius of curvature of the tip (which is necessary to obtain high resolution), the necessary conditions for the probe are that the local density ρ is constant. It has become. It is known that if ρ7 is not constant and has a large peak with respect to E, the image obtained by STM does not necessarily reflect the undulations of the surface.

従って、STM探針の評価を行なうためには、探針の9
丁を評価しておくことが不可欠である。
Therefore, in order to evaluate the STM tip, it is necessary to
It is essential to evaluate the ding.

しかし、STM探針で実際にトンネル電流が流れる領域
は探針先端の数原子であり、この領域の9丁を測定する
ことは容易ではない)。従来、固体のバルク及び表面の
電子状態の測定に用いられてきた電子分光法は、マクロ
な領域内の平均的な電子状態を測定するものであり、数
原子のクラスターの局所的な電子状態を知ることは不可
能である。
However, the region in which tunneling current actually flows in an STM probe is a few atoms at the tip of the probe, and it is not easy to measure nine atoms in this region). Electron spectroscopy, which has traditionally been used to measure the electronic states of bulk and surfaces of solids, measures the average electronic state within a macroscopic region, and only measures the local electronic states of clusters of several atoms. It is impossible to know.

探針の評価法の1つに、FEM (電界放射顕微鏡)が
あり、探針先端からの電界放射電流の強度分布から、探
針の電子状態を知ることも可能である。しかし、FEM
でも探針表面上の原子を識別するには分解能が不足して
おりSTM探針の9丁の評価法としては不十分である。
One of the methods for evaluating a probe is FEM (field emission microscope), and it is also possible to know the electronic state of the probe from the intensity distribution of field emission current from the tip of the probe. However, F.E.M.
However, the resolution is insufficient to identify atoms on the probe surface, making it insufficient as a method for evaluating the nine STM probes.

(発明が解決しようとする課題) 上記の如く、従来の技術では、分解能の不足のために、
STMのトンネル電流に寄与している探針表面原子を捉
え、そこでの電子状態を測定することは困望であった0
本発明は、STM探針の9丁を真に原子レベルの空間分
解能で測定することによって、STM探針の電子状態の
評価を行なうことを目的としている。
(Problem to be solved by the invention) As mentioned above, in the conventional technology, due to lack of resolution,
It has been difficult to capture the probe surface atoms that contribute to the STM tunneling current and measure their electronic states.
An object of the present invention is to evaluate the electronic state of an STM probe by measuring nine STM probes with truly atomic-level spatial resolution.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、原子尺度の分解能を有するFIM(i
t界イオン顕微鏡)により探針表面の原子をイメージし
、同時に電界電離イオンのエネルギー分布を測定するこ
とによって、探針表面の原子クラスターの9丁を測定す
るものである。本発明は、表面原子をイメージするため
のFIM部分、原子クラスターを選択するプローブホー
ル、及びプローブホールを通過してくるイオンのエネル
ギーを測定するエネルギー分析器とから構成される。
(Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is an FIM (i.e.
Nine atomic clusters on the probe surface are measured by imaging the atoms on the probe surface using a t-field ion microscope and simultaneously measuring the energy distribution of field-ionized ions. The present invention is comprised of an FIM section for imaging surface atoms, a probe hole for selecting atomic clusters, and an energy analyzer for measuring the energy of ions passing through the probe hole.

(作 用) 本発明の中心となる電界イオン化(Field Ion
−ization)についての説明を先づ行なっておく
(Function) Field ionization is the core of the present invention.
-ization) will be explained first.

電界イオン化は、高電界下で原子が自発的にイオン化す
る現象である。STM探針のように尖鋭な金属針に電圧
を加えると探針先端での電界強度は高くなり、先端付近
で周囲のガス原子の電界イオン化が起きるようになる。
Field ionization is a phenomenon in which atoms spontaneously ionize under a high electric field. When a voltage is applied to a sharp metal needle like an STM probe, the electric field strength at the tip of the probe increases, causing electric field ionization of surrounding gas atoms near the tip.

この時、ガス原子の電子は、トンネリングによって探針
に移り、ガス原子は電子を失ってイオンとなる。ガス原
子の電子が、探針のどの電子状態にトンネルしてゆくが
は、トンネリングが起きる時の原子の表面からの距離に
依存しており、距離が大きくなるほど、フェルミ準位よ
り高い電子状態に電子がトンネルしてゆく、他方、生成
されたイオンは電界によって加速されて探針から遠ざが
ってゆくが、探針がら遠方でのイオンのエネルギーもイ
オン化が起きる場所に依存しており、この場合にはイオ
ン化位置が表面から遠ざかるに従ってイオンエネルギー
は減少してゆく。従って電界イオン化によって生じたイ
オンのエネルギーと、フェルミ準位より上の探針の電子
準位とは1対1に対応している。特に、状態密度にピー
クがある時には、そのピークの状態への電子のトンネリ
ング、つまりは電界イオン化の確率が増加し、生成され
たイオンは、エネルギー分布にピークを形成する。この
ことから、イオンエネルギー分布を測定することによっ
て、探針の状態密度が一定であるか、或いはあるエネル
ギーでピークを持つのか、判定することが可能である。
At this time, the electrons of the gas atoms transfer to the probe through tunneling, and the gas atoms lose electrons and become ions. Which electronic state of the tip the gas atom electron tunnels into depends on the distance from the surface of the atom when tunneling occurs; the larger the distance, the more likely the electron state will be higher than the Fermi level. The electrons tunnel, while the generated ions are accelerated by the electric field and move away from the tip, but the energy of the ions far from the tip also depends on the location where ionization occurs. In this case, the ion energy decreases as the ionization position moves away from the surface. Therefore, there is a one-to-one correspondence between the energy of ions generated by electric field ionization and the electronic level of the probe above the Fermi level. In particular, when the density of states has a peak, the probability of electron tunneling to the peak state, that is, electric field ionization, increases, and the generated ions form a peak in the energy distribution. From this, by measuring the ion energy distribution, it is possible to determine whether the density of states of the probe is constant or has a peak at a certain energy.

電界イオン化確率は電界強度に極めて敏感であり、探針
表面の場所的に電界の高い所でのみ電界イオン化が起き
る。従って、電界イオン化によって生じたイオンを遠方
のスクリーンに当てると、探針表面の電界の高い個所を
スクリーン上に拡大投影することができる。これがFI
Mの原理である。  FIMの拡大率は10〜a倍に達
し、空間分解能は1Å以下であるため、容易に表面の原
子を識別することが可能である。特にSTM探針で重要
となる表面上の原子クラスターの場合には、クラスター
の周囲の電界が特に増強され、電界イオン化確率が大き
くなるために、FIMのスクリーン上で容易に見つけ出
すことができる。このようにして見つけ出したクラスタ
ーからのイオンのみを選び出すアパーチャー(これをプ
ローブホールと呼ぶ)を設け、このプローブホールを通
り抜けたイオンのエネルギー分布を測定すると、クラス
ターの局所状態密度、つまりはSTM探針の評価に必要
なρTの測定が可能となる。
The electric field ionization probability is extremely sensitive to the electric field strength, and electric field ionization occurs only at locations on the probe surface where the electric field is high. Therefore, when ions generated by electric field ionization are applied to a distant screen, a portion of the probe surface where the electric field is high can be enlarged and projected onto the screen. This is FI
This is the principle of M. Since the magnification of FIM reaches 10 to a times and the spatial resolution is 1 Å or less, it is possible to easily identify atoms on the surface. Particularly in the case of atomic clusters on the surface, which are important in STM probes, the electric field around the clusters is particularly enhanced and the probability of electric field ionization increases, so that they can be easily found on the FIM screen. An aperture (this is called a probe hole) that selects only ions from the cluster found in this way is provided, and when the energy distribution of the ions that have passed through this probe hole is measured, the local density of states of the cluster, that is, the STM probe It becomes possible to measure ρT necessary for evaluation.

(実施例) ルダ−2にネジ止めされ、更にマニピュレーター3に取
り付けられる。このマニピュレーターは探針の方位を回
転させる機能を有する。探針はリード線4、および高電
圧フィードスルー5を介して高圧電源6に接続される。
(Example) It is screwed to the router 2 and further attached to the manipulator 3. This manipulator has the function of rotating the direction of the probe. The probe is connected to a high voltage power source 6 via a lead wire 4 and a high voltage feedthrough 5.

これらは真空槽7に入れられており、真空槽には可変リ
ーク弁8を通して希ガス9を導入することができる。真
空槽内には他にマイクロチャネルプレート10およびス
クリーン11があり、両者は探針の軸に対して垂直に、
また両者の中心が軸に一致するように置かれる。
These are placed in a vacuum chamber 7, into which a rare gas 9 can be introduced through a variable leak valve 8. Also inside the vacuum chamber are a microchannel plate 10 and a screen 11, both of which are perpendicular to the axis of the probe.
Also, they are placed so that their centers coincide with the axis.

スクリーンの後方には45′ ミラー12があり、スク
リーン11の像を覗き窓13から観察することができる
。マイクロチャネルプレート10.スクリーン11及び
45@ ミラー12には中心に穴(〜5++a径) 1
4があり、これがプローブホールとなっている。ミラー
の更に後方には、エネルギー分析器15が置かれており
、これは分析器のコントローラーと計測系16に接続さ
れている。真空槽はバルブ17を通して、高真空ポンプ
(ターボ分子ポンプ)18で排気される。
There is a 45' mirror 12 behind the screen, and the image on the screen 11 can be observed through a viewing window 13. Microchannel plate 10. Screens 11 and 45 @ Mirror 12 has a hole in the center (~5++a diameter) 1
4, which serves as the probe hole. Further behind the mirror, an energy analyzer 15 is placed, which is connected to an analyzer controller and a measurement system 16. The vacuum chamber is evacuated through a valve 17 with a high vacuum pump (turbo molecular pump) 18.

次に、上述の装置の動作を説明する。先づ探針1を探針
ホルダー2にセットし、マニピュレーター3に取り付け
る0次に真空槽7内を高真空ポンプ18で排気し、真空
度を10−’ Torr以下にする。バルブ17を閉じ
、可変リーク弁8を開けて、真空槽内に希ガス(ヘリウ
ム)9を5X10−’〜lXl0−’Torr程度導入
する。次に探針1に高電圧(3〜20kV)を印加する
と、探針の表面近傍でヘリウムの電界イオン化が始まり
、先述のFIMの原理により、探針表面の電界の高い部
分の像がスクリーン11上に投影される。この像を覗き
窓13から観察し、STMのトンネル電流に寄与するよ
うな原子クラスター19が存在しているかどうか調べる
。もしも存在していれば、それは明るい輝点の集合とし
てイメージされるので、次にマニピュレーター3を使用
して探針1の方位を変化させ、クラスター19の像がち
ょうどプローブホール14に一致するようにする。する
と原子クラスターの真上で電界イオン化されたヘリウム
イオン19はプローブホール14を通り抜け、エネルギ
ー分析器15によって検出される。このイオンのエネル
ギースペクトルを測定することによって、探針表面上の
原子クラスターの局所状態密度を知ることができる。J
M子クラスター以外の所で電界イオン化されたイーオン
20はプローブホール14に阻止されて検出されないた
め、測定された状態密度は真に原子クラスター19に固
有のものである。こうして得られた探針の状態密度がエ
ネルギーに対してほぼ一定であればそのような探針はS
TMの探針として最適のものである。
Next, the operation of the above device will be explained. First, the probe 1 is set in the probe holder 2, and the vacuum chamber 7 attached to the manipulator 3 is evacuated using the high vacuum pump 18 to reduce the degree of vacuum to 10-' Torr or less. The valve 17 is closed, the variable leak valve 8 is opened, and a rare gas (helium) 9 is introduced into the vacuum chamber at a pressure of about 5X10-' to 1X10-'Torr. Next, when a high voltage (3 to 20 kV) is applied to the probe 1, electric field ionization of helium begins near the surface of the probe, and according to the above-mentioned FIM principle, the image of the portion of the probe surface where the electric field is high is transferred to the screen 11. projected on top. This image is observed through the viewing window 13, and it is investigated whether there is an atomic cluster 19 that contributes to the STM tunneling current. If it exists, it will be imaged as a collection of bright bright spots, so next use the manipulator 3 to change the orientation of the probe 1 so that the image of the cluster 19 exactly matches the probe hole 14. do. Then, the helium ions 19 ionized by the electric field just above the atomic cluster pass through the probe hole 14 and are detected by the energy analyzer 15. By measuring the energy spectrum of this ion, the local density of states of the atomic cluster on the probe surface can be determined. J
Since the ions 20 that are field-ionized outside the M-son cluster are blocked by the probe hole 14 and are not detected, the measured density of states is truly unique to the atomic cluster 19. If the density of states of the probe obtained in this way is almost constant with respect to energy, such a probe will be S
It is optimal as a TM probe.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述のSTM探針評価装置により、STM探針をその電
子状態を含めて評価することができる。
The above-described STM probe evaluation device can evaluate the STM probe including its electronic state.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

竿1図はSTM探針評価装置の模式図である。 1・・・探針、     14・・・プローブホール代
理人 弁理士  則 近 憲 佑 同  松山光之
Figure 1 is a schematic diagram of the STM probe evaluation device. 1... Probe, 14... Probe Hall Representative Patent Attorney Noriyuki Chika Yudo Mitsuyuki Matsuyama

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)針状試料からの電界イオン化イオンのエネルギー
分布を測定することによって針の電子状態を評価するこ
とを特徴とするSTM探針評価装置。
(1) An STM probe evaluation device characterized by evaluating the electronic state of a needle by measuring the energy distribution of field-ionized ions from a needle-shaped sample.
(2)上記試料の表面をイメージするためにFIM(電
界イオン顕微鏡)を使用することを特徴とする請求項1
記載のSTM探針評価装置。
(2) Claim 1, characterized in that a FIM (field ion microscope) is used to image the surface of the sample.
The STM probe evaluation device described.
(3)針の先端表面の特定の領域からの電界イオン化イ
オンを選び出すためのプローブホールを備えたことを特
徴とする請求項1記載のSTM探針評価装置。
(3) The STM probe evaluation device according to claim 1, further comprising a probe hole for selecting field-ionized ions from a specific region of the tip surface of the needle.
(4)針の先端表面のうち、STMで重要となる領域を
プローブホールに合わせるために針の方位を可変とした
ことを特徴とする請求項1記載のSTM探針評価装置。
(4) The STM probe evaluation device according to claim 1, characterized in that the direction of the needle is variable in order to align a region of the tip surface of the needle that is important in STM with the probe hole.
JP24382188A 1988-09-30 1988-09-30 Apparatus for evaluating stm probe Pending JPH0293348A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24382188A JPH0293348A (en) 1988-09-30 1988-09-30 Apparatus for evaluating stm probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24382188A JPH0293348A (en) 1988-09-30 1988-09-30 Apparatus for evaluating stm probe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0293348A true JPH0293348A (en) 1990-04-04

Family

ID=17109429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24382188A Pending JPH0293348A (en) 1988-09-30 1988-09-30 Apparatus for evaluating stm probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0293348A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030085264A (en) * 2002-04-30 2003-11-05 황문삼 soil sheathing method of rahmaen frame using prestress support and bracket and bracket thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030085264A (en) * 2002-04-30 2003-11-05 황문삼 soil sheathing method of rahmaen frame using prestress support and bracket and bracket thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Metherell Energy analyzing and energy selecting electron microscopes
Egorov et al. Field emission electronics
EP0398335B1 (en) Converged ion beam apparatus
Murooka et al. Nanosecond surface discharge and charge density evaluation part I: review and experiments
Watt et al. The Oxford 1 μm proton microprobe
JPH0293348A (en) Apparatus for evaluating stm probe
US3631238A (en) Method of measuring electric potential on an object surface using auger electron spectroscopy
Bernardi et al. Double differential electron distributions induced by 170 keV H+→ He, H0→ He and H+-solid-foil interactions
Merkel et al. Energy Loss Spectra of Low‐Energy Electrons Scattered from Thin Solid Molecular Films
Sujata et al. Advances in scanning electron microscopy
Kopelvski et al. Potentialities of a new dedicated system for real time field emission devices characterization: a case study
WO2021125297A1 (en) Spherical aberration adjustment cathode lens, spherical aberration correction electrostatic lens, electron spectroscope, and photoemission electron microscope
Liu High-resolution scanning electron microscopy
JPH07253472A (en) Helium-3 cryostat for radiation detector and analyzer
JP2004039354A (en) Measuring instrument and method for measuring energy loss spectrum in reflection of high energy electron diffraction (rheed)
JPH07153410A (en) Charged particle beam device
US4803356A (en) Method and apparatus for measuring degree of vacuum in an electron microscope
Grieser et al. The diagnostics system at the Cryogenic Storage Ring CSR
Miller et al. Introduction to atom-probe tomography
Khursheed et al. An add-on secondary electron energy spectrometer for scanning electron microscopes
Zha et al. A magnetic electron energy analyser for fast data acquisition
Vanderlinde et al. Microscopy at the nanoscale
Zharnikov et al. Novel contrast mechanisms in photoelectron microscopy
Batson Scanning transmission electron microscopy
Ram et al. Velocity Map Imaging of H-Ions from Dissociative Electron Attachment to H2O