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Info
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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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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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
。
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。
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。
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
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)
- (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)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)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)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。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31746889A JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
US07/621,886 US5132533A (en) | 1989-12-08 | 1990-12-05 | Method for forming probe and apparatus therefor |
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 |
CA 2031733 CA2031733C (en) | 1989-12-08 | 1990-12-07 | Method for forming probe and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31746889A JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03179202A true JPH03179202A (ja) | 1991-08-05 |
JP2789244B2 JP2789244B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=18088567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31746889A Expired - Fee Related JP2789244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 微小プローブの形成方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2789244B2 (ja) |
CA (1) | CA2031733C (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP31746889A patent/JP2789244B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-12-07 CA CA 2031733 patent/CA2031733C/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2031733A1 (en) | 1991-06-09 |
CA2031733C (en) | 1994-10-04 |
JP2789244B2 (ja) | 1998-08-20 |
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