JPH0413901A - Scanning-type tunnel microscope with function of discriminating shape of fore end of probe and discriminating method thereof - Google Patents

Scanning-type tunnel microscope with function of discriminating shape of fore end of probe and discriminating method thereof

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JPH0413901A
JPH0413901A JP11805390A JP11805390A JPH0413901A JP H0413901 A JPH0413901 A JP H0413901A JP 11805390 A JP11805390 A JP 11805390A JP 11805390 A JP11805390 A JP 11805390A JP H0413901 A JPH0413901 A JP H0413901A
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JP
Japan
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scanning
probe
image
sample
image display
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Application number
JP11805390A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Shimodaira
貴之 下平
Akira Hashimoto
昭 橋本
Teruo Igarashi
五十嵐 照夫
Hiroaki Shoji
東海林 宏明
Yasuhiko Fukuchi
福地 康彦
Hikari Yamamoto
光 山本
Hiroshi Kuroda
浩史 黒田
Eiichi Hazaki
栄市 羽崎
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To discriminate the appropriateness of the shape of the fore end of a probe by adding a scanning direction control device and an image display control device to a scanning-type tunnel microscope and by preparing and displaying an image by scanning the probe in different directions in respect to the same sphere of the surface of a sample. CONSTITUTION:A scanning-type tunnel microscope comprises a probe 101, a scanning device 104, a scanning control device 105, a signal processing device 103, an image storage device 106 and an image display device 107 and observes a sample 102. In order to discriminate the shape of the fore end of the probe 101, a scanning direction control device 1 and a screen control device 2 are provided. By the scanning direction control device 1, scanning is made in normal and reverse directions, oppositely, at least in one direction in the same sphere of the surface of the sample 102. The image display control device 2 prepares an image corresponding to each of the above- mentioned normal and reverse scanning and displays images thus prepared in the image display device 107. The displayed images in a plurality are compared and thereby the appropriateness of the shape of the fore end of the probe is discriminated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は探針先端形状識別機能付き走査型トンネル顕微
鏡及び探針先端形状識別方法に関し、特にトンネル電流
を流す探針の先端形状が測定に適した形状であるか否か
を調べることができる探針先端形状識別機能付き走査型
トンネル顕微鏡及び探針先端形状識別方法に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function and a probe tip shape identification method, and in particular, the present invention relates to a scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function and a probe tip shape identification method. The present invention relates to a scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function and a probe tip shape identification method that can check whether the shape is suitable or not.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

走査型トンネル顕微鏡について説明する。−船釣に知ら
れる走査型トンネル顕微鏡の構成を第12図に示す。第
12図において、101はトンネル電流発生用の探針、
]−02は測定対象である試料、103は探針101と
試料1−02との間に電圧を印加し、トンネル電流を検
出する信号処理装置、104は探針101を直交する3
次元を形成するx、 y、  zの方向に微動させて試
料表面を走査する走査装置、1.05は走査装置104
の動作を制御する走査制御装置、106は信号処理装置
103及び走査制御装置105からの信号を入力しこの
信号を画素信号に変換して記憶する画像記憶装置、10
7は画像記憶装置106から与えられる画素信号を画面
に表示する画像表示装置である。
A scanning tunneling microscope will be explained. - Figure 12 shows the configuration of a scanning tunneling microscope known for boat fishing. In FIG. 12, 101 is a probe for generating tunnel current;
]-02 is a sample to be measured; 103 is a signal processing device that applies a voltage between the probe 101 and the sample 1-02 and detects a tunnel current;
1.05 is a scanning device 104 that scans the sample surface by making slight movements in the x, y, and z directions that form the dimensions;
An image storage device 106 receives signals from the signal processing device 103 and the scan control device 105, converts the signals into pixel signals, and stores the pixel signals.
7 is an image display device that displays pixel signals provided from the image storage device 106 on a screen.

上記構成において、信号処理装置103によって探針1
01と試料」。02との間に電圧を与え、探針101と
試料」、02をオングストロームのオーダで近接させる
と、探針1.01の先端に位置する原子と試料102の
表面の原子との間において非接触の状態でトンネル電流
が流れる。このトンネル電流は量子力学によるトンネル
効果に基づいて流れる電流である。このトンネル電流の
電流値は探針101と試料102の間の距離の変化に極
めて敏感に反応する特性を有している。そのため、トン
ネル電流を信号処理装置103て検出し、トンネル電流
の電流値を一定とする目的で探針101と試料102と
の距離が一定となるように探針101の位置を走査装置
104で制御すると共に、同時に探針101の軸方向(
2方向とする)に対し垂直な面(XY平面とする)内で
走査を行って、試料102の表面を走査する。この結果
得られる探針101のZ方向の移動量に関する信号を画
素信号に変換し、走査装置104のX座標とY座標で形
成される画像上における画素データとして画像記憶装置
106に送り記憶される。この画素データを画像表示装
置107に出力すれば、試料102の表面形状を原子間
距離の精度で計測することができる。なお、2方向の走
査を行わずこれを一定とし、トンネル電流の大きさの変
化を画素信号として用いるように構成することも可能で
ある。
In the above configuration, the signal processing device 103
01 and sample”. When a voltage is applied between the probe 101 and the sample 02 and the probe 101 and the sample 02 are brought close to each other on the order of angstroms, non-contact occurs between the atoms located at the tip of the probe 1.01 and the atoms on the surface of the sample 102. A tunnel current flows under the condition. This tunnel current is a current that flows based on the tunnel effect due to quantum mechanics. The current value of this tunnel current has a characteristic that it responds extremely sensitively to changes in the distance between the probe 101 and the sample 102. Therefore, the tunneling current is detected by the signal processing device 103, and the position of the probe 101 is controlled by the scanning device 104 so that the distance between the probe 101 and the sample 102 is constant in order to keep the current value of the tunneling current constant. At the same time, the axial direction of the probe 101 (
The surface of the sample 102 is scanned by scanning in a plane (defined as an XY plane) perpendicular to the two directions (defined as two directions). The resulting signal regarding the amount of movement of the probe 101 in the Z direction is converted into a pixel signal, and is sent to and stored in the image storage device 106 as pixel data on the image formed by the X and Y coordinates of the scanning device 104. . By outputting this pixel data to the image display device 107, the surface shape of the sample 102 can be measured with an accuracy of interatomic distance. Note that it is also possible to configure the scanning in two directions to be constant without performing scanning, and to use changes in the magnitude of the tunnel current as a pixel signal.

上記の走査型トンネル顕微鏡に関連する従来技術として
は特開昭第63−26936号公報、特開昭第61−2
33304号公報、特開昭第63236904号公報な
どを挙げることができる。
Prior art related to the above-mentioned scanning tunneling microscope includes Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-26936 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2.
33304, Japanese Unexamined Patent Publication No. 63236904, and the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

走査型トンネル顕微鏡では、X方向及びY方向の走査に
おいてトンネル電流が常に探針1−01の先端の特定の
単一原子から発生していないと、分解能の高い像を得る
ことができない。従って、探針1−01の先端形状は単
一原子を特定しやすい尖鋭な形状にする必要があり、先
端が尖鋭となっていることは極めて重要である。しかし
、実際上作られた探針の先端形状が尖鋭となっているか
否かを調べることは非常に困難であり、走査型電子顕微
鏡を用いて調べても形状を認識することは困難であり且
つ手間がかかるものであった。その結果、従来では探針
101の製作後その良否選別を十分に行うことができず
、探針の先端形状に応じて、画像が不鮮明になったり、
探針の取付は方によって像の鮮明さが異なるという不具
合が生じていた。
In a scanning tunneling microscope, a high-resolution image cannot be obtained unless a tunneling current is always generated from a specific single atom at the tip of the probe 1-01 during scanning in the X and Y directions. Therefore, the tip of the probe 1-01 needs to have a sharp shape that makes it easy to identify a single atom, and it is extremely important that the tip is sharp. However, it is extremely difficult to check whether the tip shape of a probe actually made is sharp or not, and even when examined using a scanning electron microscope, it is difficult to recognize the shape. It was time-consuming. As a result, in the past, it was not possible to adequately select the quality of the probe 101 after it was manufactured, and depending on the shape of the tip of the probe, the image may become unclear or
There was a problem in that the sharpness of the image differed depending on the way the probe was attached.

そこでユーザは、走査型トンネル顕微鏡を用いて測定を
行う場合には探針1−01を複数本用意し、それを適当
なタイミングで付は換えながら何回も画像を作成し、最
終的に一番鮮明な画像を得なければならないという不具
合が発生していた。
Therefore, when performing measurements using a scanning tunneling microscope, users prepare multiple probes 1-01, replace them at appropriate timings, and create images many times until the final image becomes one. A problem occurred in that it was necessary to obtain the clearest image possible.

本発明の目的は、探針が装着される走査型トンネル顕微
鏡の機能自体を利用して、探針の先端形状が尖鋭である
か否かを容易に調べることのできる探針先端形状識別機
能付き走査型トンネル顕微鏡及び探針先端形状識別方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a probe tip shape identification function that can easily check whether the tip shape of the probe is sharp or not by using the function itself of the scanning tunneling microscope to which the probe is attached. An object of the present invention is to provide a scanning tunneling microscope and a probe tip shape identification method.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る探針先端形状識別機能付き走査型トンネル
顕微鏡は、試料に近接して配置された探針と、この探針
と試料との間に電圧を与えてトンネル電流を検出する信
号処理手段と、探針の位置を変化させ試料の表面を走査
させる走査手段と、この走査手段を介して行われる探針
による試料表面の走査を制御する走査制御手段と、この
走査制御手段の制御によって発生するデータを取り込み
、このデータに基づいて画像信号を作成し、記憶する画
像記憶手段と、画像記憶手段の作成する画像信号に基づ
き探針が走査した試料表面の画像を表示する画像表示手
段を備える走査型トンネル顕微鏡において、試料の表面
の特定範囲について少なくとも1つの方向に関し正逆の
反対方向の走査を行わせる走査方向制御手段と、正逆の
各走査に対応する画像を作成し、これらの画像を別々に
画像表示装置に表示させる画像表示制御手段を備え、画
像表示装置に表示された複数の画像を比較することによ
り探針の先端形状を識別するように構成される。
A scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to the present invention includes a probe disposed close to a sample, and a signal processing means for applying a voltage between the probe and the sample to detect a tunneling current. a scanning means for changing the position of the probe to scan the sample surface; a scanning control means for controlling the scanning of the sample surface by the probe via the scanning means; and a scanning means for controlling the scanning of the sample surface by the probe. image storage means for taking in data to create and store an image signal based on this data; and image display means for displaying an image of the sample surface scanned by the probe based on the image signal created by the image storage means. In a scanning tunneling microscope, a scanning direction control means for scanning a specific range of a surface of a sample in at least one direction in forward and reverse directions, and creating images corresponding to each of the forward and reverse scans; The probe includes an image display control means for separately displaying the images on the image display device, and is configured to identify the shape of the tip of the probe by comparing the plurality of images displayed on the image display device.

本発明に係る探針先端形状識別機能付き走査型トンネル
顕微鏡は、前記の装置構成において、少なくとも1つの
方向を、直交するX方向とY方向の一つとすることがで
きる。
In the scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to the present invention, in the device configuration described above, at least one direction can be one of the orthogonal X direction and Y direction.

本発明に係る探針先端形状識別機能付き走査型トンネル
顕微鏡は、前記の装置構成において、画像表示装置が、
X正方向、X負方向、Y正方向、Y負方向のそれぞれに
走査を行って得られた4つの画像を同時に表示すること
を特徴とする。
In the scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to the present invention, in the above-described device configuration, the image display device is
It is characterized by simultaneously displaying four images obtained by scanning in each of the X positive direction, the X negative direction, the Y positive direction, and the Y negative direction.

本発明に係る走査型トンネル顕微鏡の探針先端形状識別
方法は、試料の表面の特定範囲に対し、少なくとも1つ
の方向について、探針を互いに反対方向である2つの走
査方向に走査させ、この走査によって同一範囲に関し少
なくとも2通りの画像を作り、これらの画像を少なくと
も1台の画像表示装置に表示させ、表示された複数の画
像を比較することによって探針の先端形状を識別するこ
とを特徴とする。
The probe tip shape identification method for a scanning tunneling microscope according to the present invention scans a probe in two opposite scanning directions in at least one direction over a specific range on the surface of a sample. The method is characterized in that the tip shape of the probe is identified by creating at least two images of the same range, displaying these images on at least one image display device, and comparing the displayed plurality of images. do.

〔作用〕[Effect]

本発明による探針先端形状識別機能付き走査型トンネル
顕微鏡では、試料の表面に特定な範囲を設定し、この範
囲について、走査方向制御装置で方向が反対である少な
くとも2つの走査方向を設定し、これらの走査方向に従
って通常の測定機能に基づき探針を走査し、その走査デ
ータに基づき画像記憶装置と画像表示制御装置で同一範
囲につき走査方向が反対である少なくとも2つの画像を
作成し、これらの画像を画像表示装置に比較ができるよ
うに表示させる。
In the scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to the present invention, a specific range is set on the surface of the sample, and at least two scanning directions having opposite directions are set for this range by a scanning direction control device, The probe is scanned according to the normal measurement function according to these scanning directions, and based on the scanning data, an image storage device and an image display control device are used to create at least two images of the same area but in opposite scanning directions, and these images are Images are displayed on an image display device for comparison.

本発明による走査型トンネル顕微鏡の探針先端形状識別
では、試料表面の特定の同一範囲について走査方向を異
ならせて少なくとも2通りの画像を作るようにすること
により、探針先端が完全に尖鋭ではない場合には少なく
とも2通りの画像の間に差が生じ、これによって探針の
先端形状を識別し評価することができる。
In the probe tip shape identification of a scanning tunneling microscope according to the present invention, at least two images are created in different scanning directions for the same specific area on the sample surface, so that the tip of the probe is not completely sharp. If not, there will be a difference between at least two images, and this will allow the shape of the tip of the probe to be identified and evaluated.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る探針先端形状識別機能付き走査型トンネル
顕微鏡の装置としてのハード構成は基本的に第12図に
示された構成と同じである。第1図に本発明の装置構成
を示し、第12図と同じ要素には同一の符号を付してい
る。第2図は画像表示装置を拡大して示し、画像表示方
法を説明するための図、第3図は走査と画像表示の手順
の一例を示すフローチャートである。
The hardware configuration of the scanning tunneling microscope with probe tip shape identification function according to the present invention is basically the same as the configuration shown in FIG. 12. FIG. 1 shows the configuration of an apparatus according to the present invention, and the same elements as in FIG. 12 are given the same reference numerals. FIG. 2 shows an enlarged view of the image display device and is a diagram for explaining an image display method, and FIG. 3 is a flowchart showing an example of a scanning and image display procedure.

第1図に基づき動作を概説する。走査装置1゜4に探針
101が取り付けられ、走査装置104は走査制御装置
105によって制御される。探針101と試料102と
の間には信号処理装置1゜3によって電位差が与えられ
、その結果探針101と試料1−02の間に流れるトン
ネル電流が信号処理装置103によって検出される。検
出されたトンネル電流は走査制御装置105に送られ、
例えばトンネル電流の大きさが一定となるように走査制
御装置105が走査装置104の動作を制御する。トン
ネル電流が一定となるように走査した走査量に関するデ
ータは走査制御装置]−05から画像記憶装置106に
送られ、ここで画素信号に変換され、画像表示装置10
7に表示される。またトンネル電流の大きさを一定にす
るように制御しない場合には、信号処理装置103から
画像記憶装置106へトンネル電流の電流値に関するデ
ータが送られ、ここでトンネル電流の大きさを画素信号
に変換し、画像表示装置107に表示する。
The operation will be outlined based on FIG. A probe 101 is attached to a scanning device 1.4, and the scanning device 104 is controlled by a scanning control device 105. A potential difference is applied between the probe 101 and the sample 102 by the signal processing device 1-03, and as a result, a tunnel current flowing between the probe 101 and the sample 1-02 is detected by the signal processing device 103. The detected tunnel current is sent to the scan control device 105,
For example, the scanning control device 105 controls the operation of the scanning device 104 so that the magnitude of the tunnel current is constant. Data regarding the amount of scanning performed so that the tunnel current is constant is sent from the scan control device]-05 to the image storage device 106, where it is converted into a pixel signal and sent to the image display device 10.
7 is displayed. Furthermore, if the magnitude of the tunnel current is not controlled to be constant, data regarding the current value of the tunnel current is sent from the signal processing device 103 to the image storage device 106, and here the magnitude of the tunnel current is converted into a pixel signal. The image is converted and displayed on the image display device 107.

以上の操作を試料102の表面に繰り返して行うことに
より、画像表示装置107の画面に試料102の表面像
を得ることができる。
By repeating the above operations on the surface of the sample 102, a surface image of the sample 102 can be obtained on the screen of the image display device 107.

本発明による走査型トンネル顕微鏡では、上記構成に対
し更に走査方向制御装置1と画像表示制御装置2が付加
される。走査方向制御装置1は、探針先端形状識別機能
を実行する時に走査制御装置105に所定指令を与え、
試料102の表面上の任意に設定される特定範囲におい
て、例えば直交するX方向とY方向の2つの方向につい
て正逆の反対走査方向に探針101を移動させる機能を
有する。画像表示制御装置2は、同じく探針先端形状識
別機能を実行する時に画像記憶装置1.06に所定指令
を与え、画像表示装置107における画像の表示の仕方
において例えば4つの分割画面を表示させる機能を有す
る。第1図において、走査方向制御装置1と画像表示制
御装置2は説明の便宜士別々の手段として図示したが、
2つの上記機能手段を一体化させて構成することもてき
る。
In the scanning tunneling microscope according to the present invention, a scanning direction control device 1 and an image display control device 2 are further added to the above configuration. The scanning direction control device 1 gives a predetermined command to the scanning control device 105 when executing the probe tip shape identification function,
It has a function of moving the probe 101 in forward and reverse scanning directions in two directions, for example, orthogonal X and Y directions, in an arbitrarily set specific range on the surface of the sample 102. The image display control device 2 also has the function of giving a predetermined command to the image storage device 1.06 when executing the probe tip shape identification function, and displaying, for example, four split screens in the way the image is displayed on the image display device 107. has. In FIG. 1, the scanning direction control device 1 and the image display control device 2 are shown as separate means for convenience of explanation, but
It is also possible to integrate the two functional means described above.

第2図に示すように画像表示装置107では1つの画面
に4つの画像を同時に表示させる。ここで試料102の
表面において任意の領域に測定範囲を設定する。第2図
中、左上部が探針101をX正方向にのみにn回繰り返
し走査して作成した画像3であり、右上部が探針101
をX負方向にのみn回繰り返し走査して作成される画像
4であり、左下部が探針101をY9方向にのみn回縁
り返し走査して作成される画像5であり、右下部が探針
101をX正方向にのみn回繰り返し走査して作成され
る画像6である。上記の画像3〜6はすべて試料表面上
の同一範囲の画像を示している。各画像において、矢印
で示されたラインは探針101の走査移動方向を示し、
この移動は走査装置104が走査方向制御装置1の指令
を走査制御装置105を経由して受けることにより行わ
れる。
As shown in FIG. 2, the image display device 107 displays four images simultaneously on one screen. Here, a measurement range is set in an arbitrary area on the surface of the sample 102. In Fig. 2, the upper left is image 3 created by repeatedly scanning the probe 101 only in the positive X direction, and the upper right is the image 3 created by repeatedly scanning the probe 101 only in the
Image 4 is created by repeatedly scanning n times only in the negative direction of This is an image 6 created by repeatedly scanning the probe 101 only in the positive X direction n times. Images 3 to 6 above all show images of the same area on the sample surface. In each image, a line indicated by an arrow indicates the direction of scanning movement of the probe 101,
This movement is performed by the scanning device 104 receiving a command from the scanning direction control device 1 via the scanning control device 105.

第2図で示される画像表示を画像表示装置107で行う
ための走査型トンネル顕微鏡における動作制御を第3図
に基づいて説明する。
Operation control in the scanning tunneling microscope for displaying the image shown in FIG. 2 on the image display device 107 will be explained based on FIG. 3.

先ず探針先端形状識別の指令が与えられて制御動作が開
始されると、走査装置104によって探針」01が微動
されることによりX正方向の1回目(YO)の走査が行
われ(ステップ11)、これによって走査制御装置10
5で得られた走査データは画像記憶装置106に与えら
れ、ここで得られた画像データを画像表示装置107の
画像3に表示する(ステップ12)。前記ステップ11
を実行するための指令は走査方向制御装置1から走査制
御装置105を介して走査装置104に与えられる。ま
た前記ステップ12を実行するための指令は画像表示制
御装置2から通常の画像データ作成記憶機能を有する画
像記憶装置1−06に与えられる。この点は以下の動作
でも同様である。
First, when a command to identify the tip shape of the probe is given and a control operation is started, the probe "01" is slightly moved by the scanning device 104 to perform the first (YO) scan in the X positive direction (step 11), whereby the scanning control device 10
The scan data obtained in step 5 is given to the image storage device 106, and the image data obtained here is displayed on image 3 on the image display device 107 (step 12). Said step 11
A command for executing is given from the scanning direction control device 1 to the scanning device 104 via the scanning control device 105. Further, a command for executing step 12 is given from the image display control device 2 to the image storage device 1-06 having a normal image data creation and storage function. This point also applies to the following operations.

次にはX負方向の走査を行い(ステップ13)、この走
査で得られた走査データに基づき画像データを画像4に
表示する(ステップ14)。ステップ1−1と13で行
われる走査は同じ箇所を相互に反対側から走査するとい
う関係にある。従って画像3と4に表示された像は同じ
範囲を表している。
Next, scanning is performed in the negative X direction (step 13), and image data is displayed on the image 4 based on the scanning data obtained in this scanning (step 14). The scans performed in steps 1-1 and 13 are in a relationship such that the same location is scanned from opposite sides. Therefore, the images displayed in images 3 and 4 represent the same area.

次の判断ステップ15ではYiがYnに等しいか否かが
判定され、等しくないときには次の走査線に移って前記
ステップ11−〜14を繰り返す(ステップ16)。
In the next judgment step 15, it is judged whether or not Yi is equal to Yn. If not, the process moves to the next scanning line and steps 11-14 are repeated (step 16).

画像3と4が完成すると、YiはYnとなるから、判断
ステップ15によってステップ17に移行する。ステッ
プ17〜20では画像5と6の作成に関して、Y軸の正
方向と負方向について同様に走査が行われ、ステップ2
1と22でY方向の走査がn回繰り返され、画像5と6
が完成する。
When images 3 and 4 are completed, Yi becomes Yn, so the process moves to step 17 through decision step 15. In steps 17 to 20, regarding the creation of images 5 and 6, scanning is performed in the same way in the positive and negative directions of the Y axis, and in step 2
1 and 22, scanning in the Y direction is repeated n times, resulting in images 5 and 6.
is completed.

こうして画像表示装置107の1つの画面に4つの画像
3〜6が作成され表示される。試料102の表面の同一
範囲を示すこれらの4つの画面によって探針101の先
端形状が適したものか否かを識別することができる。識
別する判断主体は走査型トンネル顕微鏡を走査する人で
あり、4つの画面を比較することにより行われる。
In this way, four images 3 to 6 are created and displayed on one screen of the image display device 107. These four screens showing the same area on the surface of the sample 102 can be used to determine whether the tip shape of the probe 101 is appropriate. The person making the identification decision is the person scanning the scanning tunneling microscope, and the decision is made by comparing the four screens.

次に画像3〜6に基づいて探針101の先端形状を識別
する方法について説明する。
Next, a method for identifying the tip shape of the probe 101 based on images 3 to 6 will be described.

第4図〜第7図に基づき探針101の先端形状の種類を
説明する。第4図は理想的な先端形状を示す。これを拡
大して示すと第8図の如くなる。
The types of tip shapes of the probe 101 will be explained based on FIGS. 4 to 7. FIG. 4 shows the ideal tip shape. If this is enlarged, it will look like FIG. 8.

第8図において、102aは試料102の表面であり、
31はその原子の配列を示し、101aは探針101の
先端部を示し、32はその先端部の原子の配列を示す。
In FIG. 8, 102a is the surface of the sample 102,
31 indicates the arrangement of atoms, 101a indicates the tip of the probe 101, and 32 indicates the arrangement of atoms at the tip.

この探針先端部の形状によれば、試料102の表面10
2aに対して探針先端部の原子のうち最も近い単一原子
が特定され、トンネル電流33は探針102の最先端の
1個の原子のみで生じるために安定した像を得ることが
できる。つまり、このような先端形状を有する探針10
1で作成された画像3〜6ではどの画像でも鮮明な同一
像を得ることができる。
According to the shape of this probe tip, the surface 10 of the sample 102
The single atom closest to the tip of the probe 2a is identified, and since the tunneling current 33 is generated only in one atom at the tip of the probe 102, a stable image can be obtained. In other words, the probe 10 having such a tip shape
Among images 3 to 6 created in step 1, the same clear image can be obtained in all images.

上記の探針に対して、実際に製造される探針の先端形状
は第5図〜第6図のようになるのがほとんどである。第
5図に示される先端形状は、先端部が変形しているが、
尖鋭部分が存在しトンネル電流の流れに関与する特定原
子が存在するため、第4図の例と同様に鮮明な像を得る
ことができる。
Most of the tips of the probes actually manufactured have shapes as shown in FIGS. 5 and 6. The tip shape shown in Fig. 5 has a deformed tip, but
Since there are sharp parts and specific atoms involved in the flow of tunneling current, a clear image can be obtained as in the example of FIG. 4.

第6図に示される探針の先端部の形状では尖鋭部分が存
在しない。これを拡大すると第9図の如くなる。この探
針では、試料102の表面102aに対し探針101の
先端原子列、32のうちトンネル電流が発生する原子を
1個に特定することができず、複数の原子のうちいずれ
かからトンネル電流33が生じる。このため探針101
を走査しても安定な信号を得ることができず、画像が不
鮮明となる。従って前記の画像3〜6のすべての画像が
不鮮明な状態となる。第7図に示される先端形状は、尖
鋭部分と丸み部分が混在している。このような先端形状
を有する探針101で像を作成すると、探針101の走
査方向に起因する探針のたわみ等によって像の鮮明度が
異なってくる。その例を第10図と第11図に基づいて
説明する。
In the shape of the tip of the probe shown in FIG. 6, there is no sharp portion. When this is enlarged, it becomes as shown in Fig. 9. With this probe, it is not possible to identify one atom in the atomic array 32 at the tip of the probe 101 to the surface 102a of the sample 102, and a tunnel current is generated from any one of the multiple atoms. 33 occurs. For this reason, the probe 101
Even if the image is scanned, a stable signal cannot be obtained and the image becomes unclear. Therefore, all of the above-mentioned images 3 to 6 become unclear. The tip shape shown in FIG. 7 includes a mixture of sharp parts and rounded parts. When an image is created using the probe 101 having such a tip shape, the sharpness of the image varies depending on the deflection of the probe due to the scanning direction of the probe 101 and the like. An example of this will be explained based on FIGS. 10 and 11.

第10図は図中右方向Aに探針101を走査した場合を
示す。この場合には尖鋭部分34が丸み部分35よりも
試料の表面102aに近くなるために、尖鋭部分34に
おいてトンネル電流33が流れ、第8図に示した例と同
様に鮮明な像を得ることができる。これに対し第11図
では図中左方向Bに探針101を走査した場合を示す。
FIG. 10 shows the case where the probe 101 is scanned in the right direction A in the figure. In this case, since the sharp portion 34 is closer to the surface 102a of the sample than the rounded portion 35, the tunnel current 33 flows in the sharp portion 34, making it impossible to obtain a clear image as in the example shown in FIG. can. On the other hand, FIG. 11 shows the case where the probe 101 is scanned in the left direction B in the figure.

この場合には丸み部分35が尖鋭部分34よりも試料表
面102aに近くなるため、丸み部分35においてトン
ネル電流33が流れ、第9図で説明した例と同様に作成
される像は不鮮明となる。従って、第7図で示された先
端形状を有する探針を用いて走査を行う場合には走査方
向を異ならせると像の鮮明度やパターン等が変化すると
いう特性が生じる。
In this case, since the rounded portion 35 is closer to the sample surface 102a than the sharp portion 34, the tunnel current 33 flows in the rounded portion 35, and the image created becomes unclear, similar to the example described in FIG. 9. Therefore, when scanning is performed using a probe having the tip shape shown in FIG. 7, there is a characteristic that the sharpness of the image, the pattern, etc. change when the scanning direction is changed.

以上の説明で明らかなように、前記の走査方向が異なる
4つの画像3〜6を視認することにより探針101の先
端形状を識別することができる。
As is clear from the above description, the shape of the tip of the probe 101 can be identified by visually recognizing the four images 3 to 6 scanned in different scanning directions.

具体的には、画像3〜6がすべて鮮明な画像となるとき
には第5図のような先端形状が良である探針、画像3〜
6がすべて不鮮明な像であるときは、第6図に示す不良
な先端形状を有する探針、画像3〜6のうち成る走査方
向による像が鮮明で、残りの走査方向による像が不鮮明
であるときには第7図に示された先端形状を有する不良
品の探針であるとそれぞれ識別することができる。
Specifically, when images 3 to 6 are all clear images, a probe with a good tip shape as shown in Fig. 5, and images 3 to 6 are used.
6 are all unclear images, the probe with the defective tip shape shown in FIG. 6, the image in the scanning direction consisting of images 3 to 6 is clear, and the remaining images in the scanning direction are unclear. In some cases, it can be identified as a defective probe having the tip shape shown in FIG.

以上の実施例ではX方向とY方向のそれぞれについて正
逆の反対方向の走査方向につき走査を行って4つの画像
を作成して比較するようにしたが、例えば1つの方向の
みについて走査方向を異ならせて2つの画像を作成し比
較するように構成することもできる。比較のためには、
最低限2通りの画像があれば十分である。また第1図に
示すように画像記憶装置106に判定装置40を設ける
ことにより、画像表示装置107に画像として表示させ
ることなく、画像信号そのものを比較してコンピュータ
等で自動的に探針の良否を判定するように構成すること
もできる。この場合には、画像を作成する必要がないた
め、それぞれの走査方向についての走査回数は1回でも
十分である。従って探針先端形状識別のための測定時間
を短縮することができる。また画像表示装置107にお
ける画像表示の仕方として、1つの画面において、複数
の画像を切り替えて表示するように構成することも可能
である。
In the above embodiment, scanning is performed in the forward and reverse scanning directions in each of the X direction and the Y direction to create four images for comparison, but for example, if the scanning direction is different in only one direction, It is also possible to create two images and compare them. For comparison,
It is sufficient to have at least two types of images. Furthermore, as shown in FIG. 1, by providing the determination device 40 in the image storage device 106, the image signals themselves are compared without being displayed as images on the image display device 107, and a computer or the like automatically determines whether the probe is good or not. It can also be configured to determine. In this case, since there is no need to create an image, one scan in each scanning direction is sufficient. Therefore, the measurement time for identifying the tip shape of the probe can be shortened. Furthermore, the image display device 107 can be configured to display a plurality of images by switching them on one screen.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、走査型ト
ンネル顕微鏡に走査方向制御装置と画像表示制御装置を
付加し且つ走査型トンネル顕微鏡の本来の機能を利用し
て、試料表面の同一範囲について単に探針を異なる方向
に走査させて画像を作成、表示させるだでけで容易に探
針の先端形状の良否を識別することができる。従って探
針製作後に迅速に探針の先端形状を検査することができ
る。
As is clear from the above description, according to the present invention, by adding a scanning direction control device and an image display control device to a scanning tunneling microscope, and by utilizing the original functions of the scanning tunneling microscope, By simply scanning the probe in different directions and creating and displaying images, it is possible to easily identify whether the tip shape of the probe is good or bad. Therefore, the shape of the tip of the probe can be quickly inspected after the probe is manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る走査型トンネル顕微鏡の構成を示
すブロック図、第2図は画像表示装置を拡大して示す正
面図、第3図は画像作成方法を説明するためのフローチ
ャート、第4図〜第7図は各種の先端形状の例を示す正
面部分図、第8図〜第11図は各種先端形状におけるト
ンネル電流の発生状態を示す図、第12図は従来の一般
的な走査型トンネル顕微鏡の構成を示すブロック図であ
る。 〔符号の説明〕 1・・・・・・走査方向制御装置 2・・・・・・画像表示制御装置 3〜6・・・・画像 101・・・・探針 102・・・・試料 103・・・・信号処理装置 104・・・・走査装置 105・・・・走査制御装置 106・・・・画像記憶装置 107・・・・画像表示装置
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a scanning tunneling microscope according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged front view of an image display device, FIG. 3 is a flowchart for explaining an image creation method, and FIG. Figures 8 to 7 are partial front views showing examples of various tip shapes, Figures 8 to 11 are diagrams showing tunnel current generation states in various tip shapes, and Figure 12 is a conventional general scanning type. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a tunneling microscope. [Explanation of symbols] 1... Scanning direction control device 2... Image display control devices 3 to 6... Image 101... Probe 102... Sample 103. ...Signal processing device 104...Scanning device 105...Scanning control device 106...Image storage device 107...Image display device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料に近接して配置された探針と、この探針と前
記試料との間に電圧を与えてトンネル電流を検出する信
号処理手段と、前記探針の位置を変化させ前記試料の表
面を走査させる走査手段と、この走査手段を介して行わ
れる前記探針による試料表面の走査を制御する走査制御
手段と、この走査制御手段の制御によって発生するデー
タを取り込み、このデータに基づいて画像信号を作成し
、記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段の作成す
る画像信号に基づき前記探針が走査した試料表面の画像
を表示する画像表示手段を備える走査型トンネル顕微鏡
において、前記試料の表面の同一範囲について少なくと
も1つの方向に関し正逆の反対方向の走査を行わせる走
査方向制御手段と、前記正逆の各走査に対応する画像を
作成し、これらの画像を別々に前記画像表示装置に表示
させる画像表示制御手段を備え、前記画像表示装置に表
示された複数の画像を比較することにより前記探針の先
端形状を識別することを特徴とする探針先端形状識別機
能付き走査型トンネル顕微鏡。
(1) A probe disposed close to the sample, a signal processing means for detecting tunneling current by applying a voltage between the probe and the sample, and a signal processing means for detecting tunneling current by applying a voltage between the probe and the sample; a scanning means for scanning the surface, a scanning control means for controlling the scanning of the sample surface by the probe performed via the scanning means, and data generated by the control of the scanning control means, and based on this data. A scanning tunneling microscope comprising an image storage means for creating and storing an image signal, and an image display means for displaying an image of the sample surface scanned by the probe based on the image signal created by the image storage means. scanning direction control means for performing scans in forward and reverse directions in at least one direction on the same area of the surface of the screen; and creating images corresponding to each of the forward and reverse scans, and displaying these images separately in the image display; A scanning type with a probe tip shape identification function, comprising an image display control means for displaying on the device, and identifying the tip shape of the probe by comparing a plurality of images displayed on the image display device. tunnel microscope.
(2)請求項1記載の探針先端形状識別機能付き走査型
トンネル顕微鏡において、前記少なくとも1つの方向は
直交するX方向とY方向の一つであることを特徴とする
探針先端形状識別機能付き走査型トンネル顕微鏡。
(2) In the scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to claim 1, the probe tip shape identification function is characterized in that the at least one direction is one of orthogonal X direction and Y direction. scanning tunneling microscope.
(3)請求項2記載の探針先端形状識別機能付き走査型
トンネル顕微鏡において、前記画像表示装置は、X正方
向、X負方向、Y正方向、Y負方向のそれぞれに走査を
行って得られた4つの画像を同時に表示することを特徴
とする探針先端形状識別機能付き走査型トンネル顕微鏡
(3) In the scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function according to claim 2, the image display device scans in each of the X positive direction, the X negative direction, the Y positive direction, and the Y negative direction. A scanning tunneling microscope with a probe tip shape identification function, which is characterized by displaying four images simultaneously.
(4)試料の表面の同一範囲に対し、少なくとも1つの
方向について、探針を互いに反対方向である2つの走査
方向に走査させ、この走査によって前記同一範囲に関し
少なくとも2通りの画像を作り、これらの画像を少なく
とも1台の画像表示装置に表示させ、表示された前記複
数の画像を比較することによって前記探針の先端形状を
識別することを特徴とする走査型トンネル顕微鏡の探針
先端形状識別方法。
(4) Scan the same area on the surface of the sample in at least one direction with the probe in two scanning directions that are opposite to each other, create at least two images of the same area through this scanning, and Probe tip shape identification for a scanning tunneling microscope, characterized in that the tip shape of the probe is identified by displaying an image on at least one image display device and comparing the plurality of displayed images. Method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006138655A (en) * 2004-11-10 2006-06-01 Hitachi Kenki Fine Tech Co Ltd Scanning probe microscope
JP2009008525A (en) * 2007-06-28 2009-01-15 Sysmex Corp Display method and sample analyzer
CN103063881A (en) * 2011-10-18 2013-04-24 Fei公司 Scanning method for scanning sample with probe

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