JPH04127001A - 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
- JPH04127001A JPH04127001A JP24697990A JP24697990A JPH04127001A JP H04127001 A JPH04127001 A JP H04127001A JP 24697990 A JP24697990 A JP 24697990A JP 24697990 A JP24697990 A JP 24697990A JP H04127001 A JPH04127001 A JP H04127001A
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- axis
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- Pending
Links
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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かかり、特に、探針
の材質に関する。
の材質に関する。
近年、材料研究を目的に、材料の極表面観察装置として
、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が大いに使われてき
ている。原子像の観察から表面凹凸の三次元計測まで可
能で、かつ、大気中、真空中、そして液中で観察するこ
とができる。従って、その応用範囲は無限と考えられて
いる。この走査型トンネル顕微鏡の原理については、ア
イ ビエム ジャーナル オブ リサーチ アンドデブ
ロプメント（ＩＢＭ Ｊ、ＲＥＳ、ＤＥＶＥＬＯＰ、Ｖ
ＯＬ、３０ ＮＯ，４Ｐ３５５〜Ｐ３６９ ＪＵＬＹ
１９８６）に記述されている。
、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が大いに使われてき
ている。原子像の観察から表面凹凸の三次元計測まで可
能で、かつ、大気中、真空中、そして液中で観察するこ
とができる。従って、その応用範囲は無限と考えられて
いる。この走査型トンネル顕微鏡の原理については、ア
イ ビエム ジャーナル オブ リサーチ アンドデブ
ロプメント（ＩＢＭ Ｊ、ＲＥＳ、ＤＥＶＥＬＯＰ、Ｖ
ＯＬ、３０ ＮＯ，４Ｐ３５５〜Ｐ３６９ ＪＵＬＹ
１９８６）に記述されている。
上記従来技術は、三次元に移動可能なピエゾに取り付け
られた鋭い先端を有する探針と、試料表面との間を数ｎ
ｍオーダーで一定にサーボ制御（２軸ピエゾ）しながら
、探針を試料面上二次元（Ｘ、Ｙ軸ピエゾ）に走査し、
試料の物理情報を検出するものである。現在この探針に
は、タングステンや白金が一般的に使用されている。そ
して２この走査型トンネル顕微鏡において、最も重要な
技術は、探針と試料表面との間をｎｍオーダーで一定に
保持するサーボ制御である。しかしながら、試料の表面
状態、探針の走査スピードなどの諸々の条件によっては
、サーボ制御が適切に働かなくなり１ＭＡ針が試料に接
触したり、衝突してしまう。
られた鋭い先端を有する探針と、試料表面との間を数ｎ
ｍオーダーで一定にサーボ制御（２軸ピエゾ）しながら
、探針を試料面上二次元（Ｘ、Ｙ軸ピエゾ）に走査し、
試料の物理情報を検出するものである。現在この探針に
は、タングステンや白金が一般的に使用されている。そ
して２この走査型トンネル顕微鏡において、最も重要な
技術は、探針と試料表面との間をｎｍオーダーで一定に
保持するサーボ制御である。しかしながら、試料の表面
状態、探針の走査スピードなどの諸々の条件によっては
、サーボ制御が適切に働かなくなり１ＭＡ針が試料に接
触したり、衝突してしまう。
この事故により、探針は折れ曲がり再使用不可能となる
。従って、新しい探針への交換が必要となる。この探針
の交換は、走査型トンネル顕微鏡の操作性を左右する重
要な項目であり、特に、超高真空で実行されるものにつ
いては、超高真空の排気に時間がかかるため、探針の交
換をできるだけ避けることが必要である。従って、探針
の性能として、導電性であること意外に、破損しにくく
硬い材質のものが望ましい。
。従って、新しい探針への交換が必要となる。この探針
の交換は、走査型トンネル顕微鏡の操作性を左右する重
要な項目であり、特に、超高真空で実行されるものにつ
いては、超高真空の排気に時間がかかるため、探針の交
換をできるだけ避けることが必要である。従って、探針
の性能として、導電性であること意外に、破損しにくく
硬い材質のものが望ましい。
前記文献には、探針の材質については、なんら具体的に
記述されていない。
記述されていない。
本発明の目的は、探針の破損を防止し、探針の交換がで
きるだけ少ない、操作性の良い走査型トンネル顕微鏡を
提供するものである。
きるだけ少ない、操作性の良い走査型トンネル顕微鏡を
提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、探針として、単結晶のラン
タンヘキサボライド（ＬａＢｅ）を採用した。このＬａ
Ｂｅは、タングステンに比較して、およそ５倍の硬さを
有している。更に、仕事関数も小さいため、一定トンネ
ル電圧、一定ギャップにおいては、他の仕事関数の大き
な材質に比べ、トンネル電流が多く流れ、安定したサー
ボ制御が期待できる。
タンヘキサボライド（ＬａＢｅ）を採用した。このＬａ
Ｂｅは、タングステンに比較して、およそ５倍の硬さを
有している。更に、仕事関数も小さいため、一定トンネ
ル電圧、一定ギャップにおいては、他の仕事関数の大き
な材質に比べ、トンネル電流が多く流れ、安定したサー
ボ制御が期待できる。
走査型トンネル顕微鏡の探針は、従来タングステンや白
金が用いられていた。しかしながら、両物質とも、比較
的やわらかい材質のため、試料に接触、衝突する事故に
より、探針の先端が曲げられ、使用できなくなっていた
。このため本発明は。
金が用いられていた。しかしながら、両物質とも、比較
的やわらかい材質のため、試料に接触、衝突する事故に
より、探針の先端が曲げられ、使用できなくなっていた
。このため本発明は。
微小硬さが白金に比ベア倍、タングステンに比べ５倍硬
いランタンヘキサボライドを採用した。このため探針が
試料に接触、衝突しても探針を破損することがない。
いランタンヘキサボライドを採用した。このため探針が
試料に接触、衝突しても探針を破損することがない。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。走査
型トンネル顕微鏡は、第１図に示すように、試料面に垂
直方向をＺ軸とし、試料面に水平方向を各々Ｘ、Ｙ軸と
するのが一般的である。そして、試料６と探針５とのギ
ャップは、最初に粗動用２軸ピエゾ制御回路１１により
、粗動用Ｚ軸ピエゾを動作させ、探針を試料にトンネル
領域まで接近させる。ここで、試料と探針間に任意の電
圧を印加することにより、試料と探針間に数ｎＡのトン
ネル電流が流れる。このトンネル電流は、試料と探針と
のギャップの関数になっているため。
型トンネル顕微鏡は、第１図に示すように、試料面に垂
直方向をＺ軸とし、試料面に水平方向を各々Ｘ、Ｙ軸と
するのが一般的である。そして、試料６と探針５とのギ
ャップは、最初に粗動用２軸ピエゾ制御回路１１により
、粗動用Ｚ軸ピエゾを動作させ、探針を試料にトンネル
領域まで接近させる。ここで、試料と探針間に任意の電
圧を印加することにより、試料と探針間に数ｎＡのトン
ネル電流が流れる。このトンネル電流は、試料と探針と
のギャップの関数になっているため。
トンネル電流が一定となるように、微動用Ｚ軸ピエゾ２
にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ軸ピエゾ
２にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ軸ピエ
ゾの変位から試料の凹凸情報を得ることができる。従っ
て、Ｘ軸ピエゾ３．Ｙ軸ピエゾ４を使って、探針を二次
元に走査すれば、試料表面の三次元情報を得ることがで
きる。以上の原理に基づいて、トンネル電流検出回路７
は、微小なトンネル電流を検出する回路、サーボ制御回
路８は、Ｐ（比例）、工（積分）そして、Ｄ（微分）要
素を含んだ制御回路であり、トンネル電流が一定となる
よう、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路９に、任意の出力信号
をフィードバックする回路である。その出力信号に対応
して、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路により、微動用Ｚ軸ピ
エゾの伸縮を実施し、トンネル電流を一定にする。従っ
て、サーボ制御回路の出力信号は、微動用Ｚ軸ピエゾの
変位に対応している。この信号をディジタル化し、ＣＰ
Ｕバス１３により、Ｅ、Ｗ、Ｓ１２に転送し、そのデイ
スプレーに表示すれば、試料表面の凹凸情報を観察する
ことが可能となる。ここで、Ｘ、Ｙ走査回路１０は、探
針を二次元に走査するための回路である。また、これら
の全ての回路は、エンジニアリング ワークステーショ
ンＥＷＳ １２によりコントロールしている。
にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ軸ピエゾ
２にフィードバック制御を実施すれば、微動用Ｚ軸ピエ
ゾの変位から試料の凹凸情報を得ることができる。従っ
て、Ｘ軸ピエゾ３．Ｙ軸ピエゾ４を使って、探針を二次
元に走査すれば、試料表面の三次元情報を得ることがで
きる。以上の原理に基づいて、トンネル電流検出回路７
は、微小なトンネル電流を検出する回路、サーボ制御回
路８は、Ｐ（比例）、工（積分）そして、Ｄ（微分）要
素を含んだ制御回路であり、トンネル電流が一定となる
よう、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路９に、任意の出力信号
をフィードバックする回路である。その出力信号に対応
して、微動用Ｚ軸ピエゾ制御回路により、微動用Ｚ軸ピ
エゾの伸縮を実施し、トンネル電流を一定にする。従っ
て、サーボ制御回路の出力信号は、微動用Ｚ軸ピエゾの
変位に対応している。この信号をディジタル化し、ＣＰ
Ｕバス１３により、Ｅ、Ｗ、Ｓ１２に転送し、そのデイ
スプレーに表示すれば、試料表面の凹凸情報を観察する
ことが可能となる。ここで、Ｘ、Ｙ走査回路１０は、探
針を二次元に走査するための回路である。また、これら
の全ての回路は、エンジニアリング ワークステーショ
ンＥＷＳ １２によりコントロールしている。
以上説明したように、サーボ制御が適切に動作していれ
ば、探針と試料が接触したり、衝突することは無い。し
かしながら、Ｚ軸ピエゾの最大伸縮量は使用しているピ
エゾによって決まっているため、その動作範囲以上の高
さ（あるいは深さ）を測定した場合はサーボ制御が働か
なくなり、試料に衝突してしまう。また、動作範囲以内
においても、試料の表面が汚染したり、酸化して、高抵
抗化した場合や、ｘ、Ｙ走査のスピードが早くて、サー
ボ制御が応答しない場合など、その他諸々の理由により
、探針は衝突し破損してしまう。そこで、走査型トンネ
ル顕微鏡の探針として、従来の探針に比べ、極めて硬い
ランタンヘキサボライド（ＬａＢｅ）単結晶を採用した
。フラツクス性で作成した針状の単結晶ＬａＢｅを化学
エツチングにより、先端曲率半径１ｏｏＯ人程度に加工
して作製する。
ば、探針と試料が接触したり、衝突することは無い。し
かしながら、Ｚ軸ピエゾの最大伸縮量は使用しているピ
エゾによって決まっているため、その動作範囲以上の高
さ（あるいは深さ）を測定した場合はサーボ制御が働か
なくなり、試料に衝突してしまう。また、動作範囲以内
においても、試料の表面が汚染したり、酸化して、高抵
抗化した場合や、ｘ、Ｙ走査のスピードが早くて、サー
ボ制御が応答しない場合など、その他諸々の理由により
、探針は衝突し破損してしまう。そこで、走査型トンネ
ル顕微鏡の探針として、従来の探針に比べ、極めて硬い
ランタンヘキサボライド（ＬａＢｅ）単結晶を採用した
。フラツクス性で作成した針状の単結晶ＬａＢｅを化学
エツチングにより、先端曲率半径１ｏｏＯ人程度に加工
して作製する。
本発明によれば走査型トンネル顕微鏡の探針を従来に比
べ、硬い材質で構成しであるので、探針の破損が少なく
、探針の交換が極めて少ない操作性の良い走査型トンネ
ル顕微鏡を提供する。
べ、硬い材質で構成しであるので、探針の破損が少なく
、探針の交換が極めて少ない操作性の良い走査型トンネ
ル顕微鏡を提供する。
第１図は、本発明の一実施例の基本的な構成図である。
１・・・粗動用２軸ピエゾ、２・・・微動用Ｘ軸ピエゾ
、３・・・Ｘ軸ピエゾ、４・・・Ｙ軸ピエゾ、５・・・
探針、６・・・試料、７・・・トンネル電流検出回路、
８・・・サーボ制御回路、９・・・微動用Ｚ軸ピエゾ制
御回路、１０・・・Ｘ。 Ｙ走査回路、 １１・・・粗動用２軸ピエゾ制御
、３・・・Ｘ軸ピエゾ、４・・・Ｙ軸ピエゾ、５・・・
探針、６・・・試料、７・・・トンネル電流検出回路、
８・・・サーボ制御回路、９・・・微動用Ｚ軸ピエゾ制
御回路、１０・・・Ｘ。 Ｙ走査回路、 １１・・・粗動用２軸ピエゾ制御
Claims (1)
- １、探針と試料のうち少なくとも１つを移動手段で支持
し、探針と試料の相対位置をｎｍオーダに接近させ、ト
ンネル電流を生じせしめ、かつ、探針で試料面上を二次
元に走査し、試料の三次元情報を観察する所謂、走査型
トンネル顕微鏡において、探針として、ランタンヘキサ
ボライドを採用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 |
|---|---|---|---|
| JP24697990A JPH04127001A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24697990A JPH04127001A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127001A true JPH04127001A (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=17156564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24697990A Pending JPH04127001A (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04127001A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101287593B1 (ko) * | 2010-11-05 | 2013-07-18 | 재단법인대구경북과학기술원 | 피치 밸런싱 다리형 로봇 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP24697990A patent/JPH04127001A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101287593B1 (ko) * | 2010-11-05 | 2013-07-18 | 재단법인대구경북과학기술원 | 피치 밸런싱 다리형 로봇 |
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