JPH03210407A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH03210407A JPH03210407A JP587690A JP587690A JPH03210407A JP H03210407 A JPH03210407 A JP H03210407A JP 587690 A JP587690 A JP 587690A JP 587690 A JP587690 A JP 587690A JP H03210407 A JPH03210407 A JP H03210407A
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- Japan
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- probe
- control system
- servo control
- tunnel current
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- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (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に関し、更に詳しくは、
制御特性の改善に関する。
制御特性の改善に関する。
〈従来の技術〉
走査型トンネル顕微鏡は、金属の探針を試料に対してト
ンネル電流が流れる程度に接近させて両者間に電圧を印
加し、その時に流れるトンネル電流が一定になるように
両者間の距離を制御しなから探針を走査させた場合にお
ける制御信号の変化から試料表面の形状を検出するもの
である。
ンネル電流が流れる程度に接近させて両者間に電圧を印
加し、その時に流れるトンネル電流が一定になるように
両者間の距離を制御しなから探針を走査させた場合にお
ける制御信号の変化から試料表面の形状を検出するもの
である。
第２図は従来の走査型トンネル顕微鏡の構成図である。
図において、試料１と探針２はトンネル電流が流れる程
度に接近させられていて、両者の間には直流バイアス電
圧ＶＴが印加されている。
度に接近させられていて、両者の間には直流バイアス電
圧ＶＴが印加されている。
この状態で流れるトンネル電流はＩ／Ｖアンプ（電流／
電圧変換用アンプ）３及びログ（１０ｇ）アンプ４を介
してサーボアンプ５に加えられる。
電圧変換用アンプ）３及びログ（１０ｇ）アンプ４を介
してサーボアンプ５に加えられる。
該サーボアンプ５はトンネル電流が一定値に保たれるよ
うに探針２のＺ軸アクチュエータ６を制御する。すなわ
ち、試料１と探針２の垂直距離はＺ軸アクチュエータ６
で常に一定に保たれることになる。一方、試料１と探針
２のＸ軸方向及びＹ軸方向の相対的な位置制御は、位置
制御装置７でＸ軸アクチュエータ８及びＹ軸アクチュエ
ータ９を駆動制御することにより行われる。
うに探針２のＺ軸アクチュエータ６を制御する。すなわ
ち、試料１と探針２の垂直距離はＺ軸アクチュエータ６
で常に一定に保たれることになる。一方、試料１と探針
２のＸ軸方向及びＹ軸方向の相対的な位置制御は、位置
制御装置７でＸ軸アクチュエータ８及びＹ軸アクチュエ
ータ９を駆動制御することにより行われる。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかし、このような従来の構成によれば、試料１と探針
２の垂直距離を一定に保つように機能するサーボ制御系
のゲインは試料１の材質１表面の傾斜角度１表面の清浄
状態９局所的な仕事関数の変化等の影響を受けて大きく
変動してしまう。
２の垂直距離を一定に保つように機能するサーボ制御系
のゲインは試料１の材質１表面の傾斜角度１表面の清浄
状態９局所的な仕事関数の変化等の影響を受けて大きく
変動してしまう。
そこで、サーボ制御系としては必要以上のマージンを取
らなければならないことから高帯域のサーボ制御系を構
成することはできず、高速走査が行えないという欠点が
ある。
らなければならないことから高帯域のサーボ制御系を構
成することはできず、高速走査が行えないという欠点が
ある。
本発明はこのような点に着「１してなされたちのであり
、その目的は、サーボ制御系のゲインを自動的に調節で
きるようにすることによって高帯域のサーボ制御系を構
成し、高速走査が行える走査型トンネル顕微鏡を堤供す
ることにある。
、その目的は、サーボ制御系のゲインを自動的に調節で
きるようにすることによって高帯域のサーボ制御系を構
成し、高速走査が行える走査型トンネル顕微鏡を堤供す
ることにある。
く課題を解決するための手段〉
上記課題を解決する本発明は、
探針と試料をトンネル電流が流れる程度に接近させて両
者間に電圧を印加し、その時に流れるトンネル電流が一
定になるように両者間の垂直距離をサーボ制御系で制御
しながら両者の水平方向の相対的な位置を変化させて探
針を走査させた場合における制御信号の変化から試料表
面の形状を検出する走査型トンネル顕微鏡において、サ
ーボ制御系の制御帯域よりも十分高い周波数の信号を出
力する高周波発振器と、 サーボ制御系のゲインを制御するＡＧＣ回路とを具備し
、 前記高周波発振器の出力信号をサーボ制御系の制御信号
に加えて探針を探針と試料の垂直距離に比べて十分小さ
い振幅で振動させ、前記ＡＧＣ回路で該振動に起因する
トンネル電流の変動を検出してトンネル電流の設定値と
の残差を正規化することによりサーボ制御系のゲインを
自動的に一定に保つようにしたことを特徴とするもので
ある。
者間に電圧を印加し、その時に流れるトンネル電流が一
定になるように両者間の垂直距離をサーボ制御系で制御
しながら両者の水平方向の相対的な位置を変化させて探
針を走査させた場合における制御信号の変化から試料表
面の形状を検出する走査型トンネル顕微鏡において、サ
ーボ制御系の制御帯域よりも十分高い周波数の信号を出
力する高周波発振器と、 サーボ制御系のゲインを制御するＡＧＣ回路とを具備し
、 前記高周波発振器の出力信号をサーボ制御系の制御信号
に加えて探針を探針と試料の垂直距離に比べて十分小さ
い振幅で振動させ、前記ＡＧＣ回路で該振動に起因する
トンネル電流の変動を検出してトンネル電流の設定値と
の残差を正規化することによりサーボ制御系のゲインを
自動的に一定に保つようにしたことを特徴とするもので
ある。
く作用〉
本発明の走査型トンネル顕微鏡において、探針は高周波
発振器の出力信号に従って探針と試料の垂直距離に比べ
て十分小さい振幅で振動させられる。そして、該振動に
起因するトンネル電流の変動はＡＧＣ回路で検出されて
トンネル電流の設定値との残差が正規化され、サーボ制
御系のゲインは自動的に一定に保たれる。
発振器の出力信号に従って探針と試料の垂直距離に比べ
て十分小さい振幅で振動させられる。そして、該振動に
起因するトンネル電流の変動はＡＧＣ回路で検出されて
トンネル電流の設定値との残差が正規化され、サーボ制
御系のゲインは自動的に一定に保たれる。
これにより、サーボ制御系に必要以上のマージンを確保
する必要はなく、高帯域のサーボ制御系が実現でき、高
速走査が可能になる。
する必要はなく、高帯域のサーボ制御系が実現でき、高
速走査が可能になる。
〈実施例〉
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、第２図
と共通する部分には同一の符号を付けてそれらの再説明
は省略する。図において、高周波発振器１０の出力信号
はサーボアンプ５の出力信号に加えられてＺ軸のアクチ
ュエータ６を駆動するとともにＡＧＣ回路１１にも加え
られている。ＡＧＣ回路１１にはログアンプ４の出力信
号も加えられている。そして、ＡＧＣ回路１１の出力信
号はサーボアンプ５に加えられている。ここで、高周波
発振器１０の出力信号の周波数はサーボ制御系の制御帯
域よりも十分高く設定されている。
と共通する部分には同一の符号を付けてそれらの再説明
は省略する。図において、高周波発振器１０の出力信号
はサーボアンプ５の出力信号に加えられてＺ軸のアクチ
ュエータ６を駆動するとともにＡＧＣ回路１１にも加え
られている。ＡＧＣ回路１１にはログアンプ４の出力信
号も加えられている。そして、ＡＧＣ回路１１の出力信
号はサーボアンプ５に加えられている。ここで、高周波
発振器１０の出力信号の周波数はサーボ制御系の制御帯
域よりも十分高く設定されている。
このような走査型トンネル顕微鏡の動作を説明する。
試料１と探針２はトンネル電流が流れる程度に接近させ
られていて、両者の間には直流バイアス電圧ＶＴ が
印加されている。この状態で流れろトンネル電流はＩ／
Ｖアンプ３．ログ（ｌｏｇ）アンプ４及びＡＧＣ回路１
１を介してサーボアンプ５に加えられる。該サーボアン
プ５はトンネル電流が一定値に保たれるように探針２の
Ｚ軸アクチュエータ６を制御する。また、Ｚ軸アクチュ
エータ６には高周波発振器１０の出力信号も加えられて
いる。そして、探針２はこの高周波発振器１０の出力信
号に従って探針２と試料１の垂直距離に比べて十分小さ
い振幅で振動させられる。該振動に従ってトンネル電流
の値も変動する。このようなトンネル電流の変動の振幅
はＩ／Ｖアンプ３及びログアンプ４を介してＡＧＣ回路
１１に加えられる。ＡＧＣ回路１１は高周波発振器１０
の出力信号とトンネル電流の変動の振幅に従って探針２
と試料１の垂直距離に対するトンネル電流との関係の変
化を検出し、その値でトンネル電流の設定値との残差を
正規化する。
られていて、両者の間には直流バイアス電圧ＶＴ が
印加されている。この状態で流れろトンネル電流はＩ／
Ｖアンプ３．ログ（ｌｏｇ）アンプ４及びＡＧＣ回路１
１を介してサーボアンプ５に加えられる。該サーボアン
プ５はトンネル電流が一定値に保たれるように探針２の
Ｚ軸アクチュエータ６を制御する。また、Ｚ軸アクチュ
エータ６には高周波発振器１０の出力信号も加えられて
いる。そして、探針２はこの高周波発振器１０の出力信
号に従って探針２と試料１の垂直距離に比べて十分小さ
い振幅で振動させられる。該振動に従ってトンネル電流
の値も変動する。このようなトンネル電流の変動の振幅
はＩ／Ｖアンプ３及びログアンプ４を介してＡＧＣ回路
１１に加えられる。ＡＧＣ回路１１は高周波発振器１０
の出力信号とトンネル電流の変動の振幅に従って探針２
と試料１の垂直距離に対するトンネル電流との関係の変
化を検出し、その値でトンネル電流の設定値との残差を
正規化する。
この結果、試料１と探針２の垂直距離に対するトンネル
電流の関係の変動に応じてサーボ制御系のゲインが自動
的に調節されるので従来のようにサーボ制御系に必要量
りのマージンを確保する必要はなく、高帯域のサーボ制
御系が実現でき、高速走査が可能になる。
電流の関係の変動に応じてサーボ制御系のゲインが自動
的に調節されるので従来のようにサーボ制御系に必要量
りのマージンを確保する必要はなく、高帯域のサーボ制
御系が実現でき、高速走査が可能になる。
〈発明の効果〉
以上詳細に説明したように、本発明によれば、サーボ制
御系のゲインを自動的に調節できるようにすることによ
って高帯域のサーボ制御系を構成し、高速走査が行える
走査型トンネル顕微鏡を提供することができる。
御系のゲインを自動的に調節できるようにすることによ
って高帯域のサーボ制御系を構成し、高速走査が行える
走査型トンネル顕微鏡を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は従来
の走査型トンネル顕微鏡の一例を示す構成図である。 １・・・試料 ２・・・探針３・・・Ｉ／Ｖ
アンプ ４・・・ログアンプ５・・・サーボアンプ
６・・・Ｚ幀アクチュエータ７・・・位置制御装置 ８・・・Ｘ軸アクチュエータ ９・・・Ｙ軸アクチュエータ １０・・・高周波発振器 １１・・・ＡＧＣ回路
の走査型トンネル顕微鏡の一例を示す構成図である。 １・・・試料 ２・・・探針３・・・Ｉ／Ｖ
アンプ ４・・・ログアンプ５・・・サーボアンプ
６・・・Ｚ幀アクチュエータ７・・・位置制御装置 ８・・・Ｘ軸アクチュエータ ９・・・Ｙ軸アクチュエータ １０・・・高周波発振器 １１・・・ＡＧＣ回路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 探針と試料をトンネル電流が流れる程度に接近させて両
者間に電圧を印加し、その時に流れるトンネル電流が一
定になるように両者間の垂直距離をサーボ制御系で制御
しながら両者の水平方向の相対的な位置を変化させて探
針を走査させた場合における制御信号の変化から試料表
面の形状を検出する走査型トンネル顕微鏡において、 サーボ制御系の制御帯域よりも十分高い周波数の信号を
出力する高周波発振器と、 サーボ制御系のゲインを制御するＡＧＣ回路とを具備し
、 前記高周波発振器の出力信号をサーボ制御系の制御信号
に加えて探針を探針と試料の垂直距離に比べて十分小さ
い振幅で振動させ、前記ＡＧＣ回路で該振動に起因する
トンネル電流の変動を検出してトンネル電流の設定値と
の残差を正規化することによりサーボ制御系のゲインを
自動的に一定に保つようにしたことを特徴とする走査型
トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP587690A JP2712689B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP587690A JP2712689B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03210407A true JPH03210407A (ja) | 1991-09-13 |
| JP2712689B2 JP2712689B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=11623117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP587690A Expired - Lifetime JP2712689B2 (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2712689B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6433327B1 (en) * | 1998-06-05 | 2002-08-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Near-field optical microscope |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP587690A patent/JP2712689B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6433327B1 (en) * | 1998-06-05 | 2002-08-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Near-field optical microscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2712689B2 (ja) | 1998-02-16 |
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