JPH03179202A - 微小プローブの形成方法 - Google Patents

微小プローブの形成方法

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JPH03179202A
JPH03179202A JP31746889A JP31746889A JPH03179202A JP H03179202 A JPH03179202 A JP H03179202A JP 31746889 A JP31746889 A JP 31746889A JP 31746889 A JP31746889 A JP 31746889A JP H03179202 A JPH03179202 A JP H03179202A
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俊光 川瀬
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明彦 山野
Hiroyasu Nose
博康 能瀬
Toshihiko Miyazaki
俊彦 宮崎
Takahiro Oguchi
小口 高弘
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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] 本発明は、走査型トンネル顕微鏡(以下STMと略す)
や高密度記録・再生装置などに使用される。先端部の曲
率半径が極めて小さいプローブおよびその形成方法に関
する。
[従来の技術] 従来の一般的なSTMは、導電性試料表面と導電性検出
プローブ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、試料表面と検出プローブ
間の距離を電気的フィードバックにより制御して、原子
・分子の構造を画像として表示する方式である。このよ
うなSTMの分解能は、プローブ先端部の曲率半径で決
定される。分解能を上げる為には、プローブ先端部をよ
り尖鋭にすることが必要となる。
従来のプローブ作製方法は、白金やタングステン棒の先
端を機械的研摩により円錐状に尖らせたものや、電解研
摩法により、先端を尖鋭化(特開昭61−32326号
公報、電解研摩による針状体の形成方Z去)したものが
−数的である。これらにより得られる先端曲率半径は、
せいぜい0.1マイクロンメートルである。この他に、
機械研摩や電解研摩法を用いて形成したプローブ先端部
をさらに尖鋭化する為に超高真空槽内で、電解蒸発を行
う手法かある。
[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、従来の機械研摩や電解研摩法を用いて作
製するプローブは、原子・分子を観察する場合および、
原子あるいは、分子の結合状態を観察する場合に先端曲
率半径が0.1マイクロンメートル程度と大きすぎる為
精度の高い観察ができなかった。また、電解蒸発法を用
いてプローブ先端をさらに尖鋭化する手法では、超高真
空槽内で加熱や高電界を行う必要があり、また、STM
の試料に損傷を与えないような工夫も必要となり、装置
が大がかりになってしまうという問題点を有していた。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであ
って、簡単な構成で従来に比べさらに先端を尖鋭化した
微小プローブおよびその形成方法のt是イ共を目的とす
る。
[課題を解決するための手段および作用]本発明によれ
ば、導電性基板と導電性プローブが、近接した状態で、
該基板と該プローブ間に電圧を印加し、該プローブ先端
部に該プローブ先端に曲率半径より小さい曲率半径の微
小突起を形成することにより、先端曲率半径の向上によ
る高分解能化を得ようとするものである。
[実施例コ 地下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明による第1の実施例の構成と電気ブロ
ックの説明図である。1はタングステン白金、白金ロジ
ウム、白金イリジウム等の導電性材料を電解研摩法や、
機械的研摩等により、先端を尖鋭にした、導電性プロー
ブである。2は導電性の材料と、スパッタ注、めっき法
等により作製した、導電性プローブ被覆材料である。3
は導電+1試料である。4は微小突起であり導電性プロ
ーブ被覆材料2で被覆された、導電性ブローブスの先端
に形成されている。5は導電性試料3を固定するための
基板、6は導電性プローブ1と導電性試料3との距離を
制御する為の縦方向位置制御手段、7は導電性プローブ
1と導電性プローブ被覆材料2間にバイアス電圧を掃引
印加する可変バイアス電源、8はバイアス電圧を可変す
るためのパルス電源、9は導電性プローブ1と導電性試
料3間に流れるトンネル電流を検出するトンネル電流検
出回路、10は縦方向位置制御手段6を制御するための
プローブ縦方向位置制御回路である。
本実施例ではプローブと試料間の距離を制御する検知手
段として、トンネル電流を用いたが、なんらこれに限定
する必要はなく、例えば、原子間力、磁気力、静電力等
の検知手段を用いてもよい。以上説明したような、構成
で微小突起を形成する方法について第1図および第2図
を用いてさらに、詳細な説明を行う。
4電性プローブ1の材料にはタングステンを用いた、タ
ングステンプローブを尖鋭化する九に般的な電解研摩法
を用いて作製した電解研摩により作製されたタングステ
ンプローブの先端曲率半径は、O9■マイクロンメート
ル程度であった。電解研摩はより作製したプローブ1表
面上に、イオンビームスパッタ装置を用いて、金を10
ナノメートル程度被覆した。導電性試料3の材料には、
白金蒸着膜を用いた。縦方向位置制御手段6には、市販
のPZT素子(変位量:1μm/1000V)を用いた
。前記材料および素子の構成でプローブ1の被覆材料2
と、試料3間距離が、数ナノメートルになるようにトン
ネル電流検出回路9を用いて接近させた。またプローブ
1と試料3の距離が、温度ドリフト、外部振動等の外乱
によって、変化しないようにプローブ縦方向位置制御回
路10と、縦方向位置制御手段6により電気的フィード
バックをかけて制御した。環境状態は、大気中である。
この状態で、パルス巾4μs、パルス高さ、4vの条件
値をパルス電源8から、プローブをプラス測に設定しで
ある可変バイアス電源7に掃引し、第1図、あるいは、
第2図(b)に示すような微小突起4を形成した。形成
された微小突起の大きさは、高さ10ナノメートル、低
面績15平方ナノメートル程゛度であった。
前記プローブ材料、プローブ被覆材料、試料の材料はな
んらこれらに限定するものではなく、適宜選択できる。
ただし、プローブ被覆材料よりも試料の方が高融点であ
ることが必要となる。
また、パルス条件値も、形成する微小突起の大きさによ
り、適宜選択できるが、試料とプローブ被覆材料の両者
にダメージを与えてはならない。
以上のような微小突起4を形成することにより、真空中
・大気中を問わず、分子結合状態を分解できる高分解能
な、微小プローブを提供することが可能となる。また、
パルス電圧印加により、試料にダメージを与えないよう
な適切な材料を選択すれは、STM動作中にプローブを
試料に接触させ原子・分子の分解能が得られなくなった
プローブでも、原子・分子の分解能を有する微小突起を
3丁Mの構成で容易に再生することが可能となる。
次に本発明の別の実施例について第3図を用いて説明す
る。この実施例は第1の実施例で説明した構成において
試料3のみを交換したものである。試料3には、先端が
鋭った山状の突起31があらかじめ形成されている。こ
の突起31は公知の適当な方法により作製される。微小
突起4の形成方法は、第1の実施例と同様であるが、試
料3上に山状の突起31がある為に、パルス電圧を掃引
した際、電界の集中が、平面に比べ増す。従って、第1
実施例(第1図および第2図)の微小突起4よりも、さ
らに先端曲率半径が小さい微小突起4が形成可能となる
[発明の効果] 以上説明したように、0.1マイクロンメートルの先端
曲率半径をもつプローブの先端に、さらに先端曲率半径
の小さい微小突起を真空中、大気中を問わす37M構成
の装置で容易に形成可能で、かつ原子・分子を十分解像
できる高分解能な微小プローブを簡略な方法で形成でき
、性能の向上と、製造装置の小型化、製造方法の簡略化
という面において、大きな効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る微小プローブを用いた表面検出手
段の構成図、 第2図(a)および(b)は本発明の微小プローブ先端
に形成される微小突起部分の説明図、第3図(a)およ
び(b)は本発明に係る微小プローブ先端に形成される
微小突起の別の形成方法の説明図である。 1:導電性プローブ、 2:導電性被覆材料、 3、導電性試料、 4、微小突起、 5・基板、 6・縦方向位置制御手段、 7:可変バイアス電源、 8:パルス電源、 9:トンネル電流検出回路、 10ニブローブ縦方向位置制御回路。 特 許 出 願 人 キャノン株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電性材料からなるプローブ先端に、該プローブ
    先端の曲率半径より小さい曲率半径の微小突起を有する
    ことを特徴とする微小プローブ。
  2. (2)導電性プローブの先端を、該導電性プローブより
    高い融点を有する導電性部材に対し微小距離まで接近さ
    せた状態で、該導電性プローブおよび導電性部材間に電
    圧を印加して、該導電性プローブ先端を溶融して微小突
    起を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の微小プローブの形成方法。
  3. (3)前記微小距離はトンネル電流が流れる距離である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の微小プロ
    ーブの形成方法。
  4. (4)前記導電性部材の微小プローブ接近位置に突起を
    設け、該突起と導電性プローブ間に電圧を印加すること
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の微小プローブ
    の形成方法。
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EP90123458A EP0431623B1 (en) 1989-12-08 1990-12-06 Method and Apparatus for Forming a Probe
ES90123458T ES2098240T3 (es) 1989-12-08 1990-12-06 Metodo para la formacion de una sonda y aparato para el mismo.
DE69030239T DE69030239T2 (de) 1989-12-08 1990-12-06 Methode und Gerät zur Formung einer Sonde
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100660189B1 (ko) * 2004-11-12 2006-12-21 한국과학기술원 전해에칭을 이용한 나노팁의 접착장치 및 접착방법
KR100736358B1 (ko) * 2004-11-12 2007-07-06 재단법인서울대학교산학협력재단 탐침 현미경의 탐침 끝 부분에 나노구조가 선택적으로흡착되는 방법 및 그 탐침이 장착된 탐침 현미경

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100660189B1 (ko) * 2004-11-12 2006-12-21 한국과학기술원 전해에칭을 이용한 나노팁의 접착장치 및 접착방법
KR100736358B1 (ko) * 2004-11-12 2007-07-06 재단법인서울대학교산학협력재단 탐침 현미경의 탐침 끝 부분에 나노구조가 선택적으로흡착되는 방법 및 그 탐침이 장착된 탐침 현미경

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