JPH03209104A - 原子間力センサヘッド - Google Patents

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） この発明は走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に使用する
原子間力センサヘッドの改良に関する。

《従来の技術〉 走査型原子間力顕微鏡および原子間力センサヘッドにつ
いては特開昭６　２　−　１　３　０　’３　０　２号
および特開昭６３−９　１　５０２号公報に詳しく開示
されている。第４図は従来の原子間力センサヘッドの構
成を示している。１はバネ製のある帯状金属板であり、
その基部が柱状の圧電素子２を介してべ−ス３に固定さ
れ、片持ちばり状に支持されている。この金属板１の先
端側下面に探針４か取り付けられており、この探針４の
下部に試料５が配置される。

走査型原子間力顕微鏡では、前記圧電素子２を高さ方向
に伸縮させて金属板１の先端の探針４と試料５との間隔
を変化させ、探針４と試料５との間の原子間力により金
属板１が微小変位するのを測定して像を形成するもので
ある。また雑音除去のために、片持ちばり状の金属板１
の固有振動数に合わせて圧電素子２を駆動して金属板１
を励振し、その状態で探針４と試料５との間の原子間力
を測定するモードもある。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来の原子間力センサヘッドでは、圧電素子２によって
金属板１を微小変位あるいは振動させる系とは別に金属
板１の変位すなわち探針４の変位を精密に測定する系が
必要であり、その変位測定手段としては走査型トンネル
顕微鏡式の装置を用いたり、レーザ光による変位測定装
置を付設している。そのためセンサヘッド自体が非常に
複雑で高価な装置になってしまう。

また、探針４を振動させて測定を行うモードにおいて、
従来のセンサヘッドでは金属板１の固有振動数でしかこ
れを励振することができず、振動数を適宜に変化させて
適切な測定モードを選ぶというような柔軟な測定が行え
なかった。

この発明は前述した従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、探針を静的に微小変位させたり連続的
に振動させる手段と探針の変位を測定する手段とを一体
化した簡単な原子間カセンサヘッドを提供することにあ
る。また、探針を連続的に振動させながら測定を行うモ
ードにおいて、その振動周波数を自由に変えることがで
きる原子間力センサヘッドを提供することを目的とする
。

《課題を解決するための手段） この発明に係る原子間力センサヘッドは、帯状金属板の
少なくとも片面に長手方向に伸縮する帯状圧電素子を接
着し、この金属板の基部を片持ちばり状にベースに固定
するとともに、その先端側に探針を取り付けたものであ
る。

《作　用〉 前記帯状金属板と前記帯状圧電素子はその厚み方向に重
ね合わされて接着されている。そして圧電素子に印加す
る電圧によってこれを長手方向に伸縮させ、その伸縮に
よって前記金属板を湾曲させる。この湾曲によって前記
探針を微小変位させることができるとともに、前記圧電
素子を励振することで金属板を任意の周波数で振動させ
ることができる。また、圧電素子に印加する電圧値によ
って前記金属板の撓み量、すなわち前記探針の変位量を
精密に制御することができる。

《実　施　例〉 第１図は本発明の第１実施例による原子間力センサヘッ
ドの概略構成を示している。これは帯状金属板６の上面
側に帯状圧電素子７を一体的に接着し、その基部をベー
ス１０に固定して片持ちばり状に支持するとともに、そ
の先端部下面側に探針８を取り付けて試料つと対向させ
るようにしたものである。

圧電素子７の上下両面の電極（金属板６が下面の電極を
兼ねている）に適宜な電圧を印加すると、その電圧の極
性および電圧値に応じて圧電素子７が長手方向に伸縮し
、その伸縮に応じて帯状金属板６が湾曲してその先端側
が矢印のように変位する。圧電素子７を伸長させると金
属板６はその先端部が下方に変位するように湾曲し、反
対に圧電素子７を縮小すれば金属板６はその先端部が上
方へ変位するように湾曲する。金属板６の湾曲に伴なう
探針８の変位量は、圧電素子７に印加する電圧によって
精密に制御することができる。

また、この構或のセンサヘッドにも当然固有振動数はあ
るが、金属板６と一体に圧電素子７が接着されているの
で、圧電素子７を適宜な周波数で励振することて、固有
振動数以外の周波数でもってヘッドを振動させることが
できる。

第２図は本発明の第２実施例を示すもので、ここでは金
属板６の下面側に圧電素子７を接着している。この場合
圧電素子７の伸縮と探針８の変位方向の関係は第１図の
実施例と逆になる。

第３図は本発明の第３実施例を示すもので、ここでは金
属板６の上面側および下面側のそれぞれに圧電素子７ａ
と７ｂを接着している。この実施例では探針８を下方へ
変位させる場合、上面側の圧電素子７ａを伸長させると
同時に下面側の圧電素子７ｂを短縮させる。この実施例
では先の２つの実施例より高感度・高精度な特性を実現
することができる。

《発明の効果｝ 以上詳細に説明したように、この発明に係る原子間力セ
ンサヘッドは、帯状金属板に帯状圧電素子を接着し、こ
の圧電素子の伸縮によって金属板を湾曲させ、金属板の
先端に取り付けられている探針を変位させる構成とした
ので、探針の変位量を圧電素子に印加する電圧によって
精密に制御することができる。

また、金属板と圧電素子を全体的に接着したので、圧電
素子を駆動する周波数を変化させることで固有振動数以
外の周波数でも探針を振動させることができ、測定モー
ドの融通性が広がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による原子間力センサヘッ
ドの正面図、第２図は同じく第２実施例の正面図、第３
図は同じく第３実施例の正面図、第４図は従来の原子間
力センサヘッドの正面図である。 ６・・・・・・帯状金属板　　　　７・・・・・・帯状
圧電素子８・・・・・・探　針　　　　　　９・・・・
・・試　料１０・・・ベース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 帯状金属板の少なくとも片面に長手方向に伸縮する帯状
   圧電素子を接着し、この金属板の基部を片持ちばり状に
   ベースに固定するとともに、その先端側に探針を取り付
   けたことを特徴とする原子間力センサヘッド。