JPH04174312A - Interatomic force microscope apparatus - Google Patents

Interatomic force microscope apparatus

Info

Publication number
JPH04174312A
JPH04174312A JP30019090A JP30019090A JPH04174312A JP H04174312 A JPH04174312 A JP H04174312A JP 30019090 A JP30019090 A JP 30019090A JP 30019090 A JP30019090 A JP 30019090A JP H04174312 A JPH04174312 A JP H04174312A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
light
optical fiber
atomic force
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP30019090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Hayashi
正和 林
Fumihiko Ishida
文彦 石田
Tamiyoshi Yasunaga
安永 民好
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP30019090A priority Critical patent/JPH04174312A/en
Publication of JPH04174312A publication Critical patent/JPH04174312A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the apparatus compact in size by casting light to a cantilever from a projecting optical fiber, receiving the reflecting light by a detecting optical fiber, and detecting the displacement or vibration of the cantilever. CONSTITUTION:A light is cast to a cantilever 7 via a projecting optical fiber 62 from a light source 61. The light reflected from the cantilever 7 is, through a detecting optical fiber 64, detected by a photocell 63. At this time, the intensity of light returning to the detecting optical fiber 64 is changed by the gap between an end face of the fiber and the cantilever 7, and by utilizing this fact, the displacement or vibration of the cantilever 7 is detected. In this manner, the whole size of the interatomic force microscope can be made small, and moreover, the temperature drift can be restricted to be small.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は原子間力顕微鏡装置に係り、特にカンチレバー
および光ファイバー変位計を用いた原子間力顕微鏡装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an atomic force microscope device, and particularly to an atomic force microscope device using a cantilever and an optical fiber displacement meter.

(従来の技術) 一般に、原子間力顕微鏡装置(AFM)は、カンチレバ
ーを試料に対してオングストロームオーダまで接近させ
た時、試料とカンチレバー先端との間に生じる原子間力
によるカンチレバー先端の変位または振動を検出して、
試料の表面形状を測定するものである。この場合、カン
チレバーは薄い金属箔から形成され、その先端に原子間
力検出用のチップが配設されると共に、終端側が原子間
力顕微鏡装置本体に固定されている。
(Prior Art) In general, an atomic force microscope (AFM) is capable of displacing or vibrating the tip of the cantilever due to the atomic force generated between the sample and the tip of the cantilever when the cantilever is brought close to the sample on the order of angstroms. Detect and
This is used to measure the surface shape of a sample. In this case, the cantilever is formed from a thin metal foil, has a tip for detecting atomic force disposed at its tip, and has its terminal end fixed to the main body of the atomic force microscope apparatus.

ところで、この種の原子間力顕微鏡装置においては、カ
ンチレバーの変位または振動を検出する方式として、カ
ンチレバーの変位または振動を検出するために、光ビー
ムをカンチレバーに照射してその反射光を受光する、い
わゆる光テコ方式が多く用いられている。また、他の方
式として、光ビームをカンチレバーに照射して、その結
果カンチレバーから与えられた光の位相変化を検出する
光ヘテロダイン方式が用いられている。
By the way, in this type of atomic force microscope device, the method for detecting the displacement or vibration of the cantilever is to irradiate the cantilever with a light beam and receive the reflected light, in order to detect the displacement or vibration of the cantilever. A so-called optical lever method is often used. Furthermore, as another method, an optical heterodyne method is used in which a light beam is irradiated onto a cantilever and a phase change of the light applied from the cantilever is detected as a result.

しかしながら、前者の光テコ方式を用いた原子間力顕微
鏡装置においては、光の投光部、カンチレバー反射面、
ディテクター面の空間配置を大きくとる必要がある。例
えば、投光部とカンチレバー面の距離をgとすると、g
は数10龍〜数100+smとなっている。これは、カ
ンチレバーの微小な変位(0,1〜100m+*)を拡
大するために、このような値となるのである。すなわち
、ワークデイスタンスが大きいことになる。そして、こ
のワークデイスタンスが大きいと、原子間力顕微鏡装置
を大気中で使用する場合に、この部分の空気のゆらぎが
ノイズとなってディテクターに検出され、カンチレバー
変位検出感度が低下する。
However, in the former atomic force microscope device using the optical lever method, the light projecting part, the cantilever reflecting surface,
It is necessary to provide a large space on the detector surface. For example, if the distance between the light emitter and the cantilever surface is g, then g
is from several 10 dragons to several 100+sm. This value is obtained in order to magnify the minute displacement (0.1 to 100 m+*) of the cantilever. In other words, the work distance is large. If this work distance is large, when the atomic force microscope device is used in the atmosphere, air fluctuations in this area become noise and are detected by the detector, reducing cantilever displacement detection sensitivity.

また、装置全体のデイメンジョンも大きくなり、装置の
温度ドソフトの値が低下するというデメリットも生しる
In addition, the dimension of the entire device increases, and the temperature deformation value of the device decreases, which is a disadvantage.

一方、後者の光ヘテロダイン方式を用いた原子間力顕微
鏡装置においては、ブラックセルやドーププリズム等の
、複雑で高価な光学部品を用いている。また、この方式
では、変調周波数が80MHzと高速であるため、ディ
テクターにも高周波なものが必要となり、したがってこ
こでも高価となってしまう。さらに、装置の大きさも数
10mm〜数100關程度と比較的大きい(ただし、前
者の方式に比べると、ワークデイスタンスは数l璽と小
さくできる)。よって、この方式による装置は、非常に
高価な点と、装置全体のデイメンジョンが大きく、した
がって温度ドリフトの値が低下する点が問題である。
On the other hand, the latter atomic force microscope device using the optical heterodyne method uses complicated and expensive optical components such as a black cell and a doped prism. Further, in this method, since the modulation frequency is as high as 80 MHz, a high-frequency detector is also required, which is also expensive. Furthermore, the size of the device is relatively large, ranging from several tens of millimeters to several hundred millimeters (however, compared to the former method, the work distance can be reduced to several liters). Therefore, the problem with this type of device is that it is very expensive and the dimension of the entire device is large, resulting in a low temperature drift value.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように、従来の原子間力顕微鏡装置においては、
装置全体が大形となり、またカンチレバー変位検出感度
が低く、温度ドリフト値が低下し、さらに価格が高いと
いう問題があった。
(Problem to be solved by the invention) As described above, in the conventional atomic force microscope device,
There were problems in that the entire device was large, the cantilever displacement detection sensitivity was low, the temperature drift value was decreased, and the price was high.

本発明の目的は、装置全体を小形化することができ、か
つカンチレバー変位検出感度を高めると共に、温度ドリ
フト値を高くすることが可能な極めて低価格な原子間力
顕微鏡装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an extremely low-cost atomic force microscope device that can reduce the size of the entire device, increase cantilever displacement detection sensitivity, and increase temperature drift value. .

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明では、所定の間隔を
存して設けられた試料との間に生じる原子間力を検出す
るカンチレバーと、カンチレバーの反試料面側に対向し
て配設され、当該カンチレバーの変位または振動を検出
する光検出器とから構成される原子間力顕微鏡装置にお
いて、光検出器として、カンチレバーに光を照射する投
光用光ファイバーと、カンチレバーにて反射される光を
受光する受光用先ファイバーとを備えてなり、カンチレ
バーの位置により反射光量が変化することを利用してカ
ンチレバーの変位または振動を検出する光ファイバー変
位計を用いるようにしている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention includes a cantilever that detects the atomic force generated between the sample and the sample provided at a predetermined distance. , an atomic force microscope device comprising a photodetector that is disposed opposite to the side of the cantilever opposite to the sample and detects displacement or vibration of the cantilever, the photodetector irradiates the cantilever with light. Optical fiber displacement is equipped with a light-emitting optical fiber and a light-receiving destination fiber that receives the light reflected by the cantilever, and detects the displacement or vibration of the cantilever by utilizing the amount of reflected light that changes depending on the position of the cantilever. I try to use a meter.

(作 用) 従って、本発明の原子間力顕微鏡装置においては、投光
用光ファイバーからカンチレノ(−に光を照射し、カン
チレバーにて反射される光を受光用光ファイバーにて受
光し、カンチレバーの位置により反射光量が変化するこ
とを利用してカンチレバーの変位または振動全検出する
ことより、装置全体のサイズを従来よりも小さくするこ
とができる。これにより、温度ドリフト値も小さくする
ことができ、同時に床振動に対する影響も小さくするこ
とができる。また、ワークデイスタンスは、従来よりも
小さくなり、空気のゆらぎの影響もこれに比例して小さ
くなり、カンチレバー変位検出感度を高めることができ
る。さらに、光ファイバーを用いていることにより、従
来に比べると発熱の装置に対する影響を小さくすること
ができ、よって温度ドリフトも等価的に小さくすること
ができる。
(Function) Therefore, in the atomic force microscope device of the present invention, light is irradiated from the light emitting optical fiber to the cantilever (-), the light reflected by the cantilever is received by the light receiving optical fiber, and the position of the cantilever is determined. By fully detecting the displacement or vibration of the cantilever using changes in the amount of reflected light, the overall size of the device can be made smaller than before.This also makes it possible to reduce the temperature drift value, and at the same time The influence on floor vibrations can also be reduced. In addition, the work distance is smaller than before, and the influence of air fluctuations is proportionally reduced, making it possible to increase cantilever displacement detection sensitivity.Furthermore, By using optical fibers, the effect of heat generation on the device can be reduced compared to the conventional method, and therefore temperature drift can also be equivalently reduced.

(実施例) 本発明では、カンチレバーの変位または振動の検出を、
投光用光ファイバーからカンチレバーに光を照射し、カ
ンチレバーにて反射される光を受光用光ファイバーにて
受光し、カンチレバーの位置により反射光量が変化する
ことを利用して行なうものである。
(Example) In the present invention, the displacement or vibration of a cantilever is detected by
This is done by emitting light from a light-emitting optical fiber onto a cantilever, and receiving the light reflected by the cantilever with a light-receiving optical fiber, making use of the fact that the amount of reflected light changes depending on the position of the cantilever.

すなわち、投光用光ファイバーから試料に光を照射し、
受光用光ファイバーによりカンチレバーからの反射光を
受ける。ここて、照射した光は広がり、そのため試料の
位置によって反射光の量、つまり光強度が変化する。そ
こで、この光強度から試料の光ファイバーに対する位置
を求めるものである。
In other words, the sample is irradiated with light from the light emitting optical fiber,
The light receiving optical fiber receives the reflected light from the cantilever. Here, the irradiated light spreads, and therefore the amount of reflected light, that is, the light intensity, changes depending on the position of the sample. Therefore, the position of the sample relative to the optical fiber is determined from this light intensity.

以下、上記のような考え方に基づく本発明の一実施例に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention based on the above concept will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明による原子間力顕微鏡装置の構成例を
示す概要図である。第1図において、ベース1には、x
yz粗動機構2およびxyz微動機構3を設けている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an atomic force microscope apparatus according to the present invention. In FIG. 1, base 1 has x
A yz coarse movement mechanism 2 and an xyz fine movement mechanism 3 are provided.

また、xyz微動機構31;は試料4を配設し、Z駆動
機構5には原子間力顕微鏡装置の光ファイバー変位計6
を設けている。
In addition, the xyz fine movement mechanism 31; is equipped with a sample 4, and the Z drive mechanism 5 is equipped with an optical fiber displacement meter 6 of an atomic force microscope device.
has been established.

さらに、ベース1には、原子間力顕微鏡装置のカンチレ
バー7を設けている。このカンチレバー7は、一方の面
(試料4側面)に原子間力検出用のチップ8が設けられ
、試料4と光ファイバー変位計6との間に配置して、試
料4との間に生じる原子間力を検出するようにしている
Further, the base 1 is provided with a cantilever 7 of an atomic force microscope device. This cantilever 7 is provided with a chip 8 for detecting atomic force on one surface (the side surface of the sample 4), and is placed between the sample 4 and the optical fiber displacement meter 6 to detect the atomic force generated between the sample 4 and the sample 4. It is designed to detect force.

また、本原子間力顕微鏡装置においては、カンチレバー
7と試料4との間に作用する10−9〜10−”Nの微
小な力(原子間力)が一定となるように、xyz微動機
構3を2方向にフィードバックし、xyに走査してトポ
グラフを描くようにしている。この時、xyz粗動機構
2は、試料4の測定位置の選択と、原子間力が働く位置
(2方向)試料4へを移動する操作を行なうようにして
いる。
In addition, in this atomic force microscope device, the xyz fine movement mechanism 3 is used so that the minute force (atomic force) of 10-9 to 10-''N acting between the cantilever 7 and the sample 4 is constant. is fed back in two directions and scanned in x and y to draw a topography.At this time, the xyz coarse movement mechanism 2 selects the measurement position of the sample 4 and the position where the atomic force acts (in two directions) on the sample. I am trying to perform an operation to move to 4.

第2図は、カンチレバー7付近の詳細な構成例を示す斜
視図である。第2図において、カンチレバー7は、厚さ
tが数μm−数10μlの金属板(例えば、タングステ
ン、白金、金、ニッケル等)をベース7aとして用いる
。また、ベース7aの一方の面には、先端を鋭くした原
子間力検出用チップ(先端半径0.1μ厘程度)8を設
けている。
FIG. 2 is a perspective view showing a detailed configuration example of the cantilever 7 and its vicinity. In FIG. 2, the cantilever 7 uses a metal plate (for example, tungsten, platinum, gold, nickel, etc.) having a thickness t of several micrometers to several tens of microliters as a base 7a. Further, on one surface of the base 7a, an atomic force detection chip 8 with a sharp tip (tip radius of about 0.1 μm) is provided.

また、ベース7aの他方の面には、光ファイバー変位計
6をカンチレバー7とのギャップがdとなるように設け
ている。本例では、第2図に示すように寸法をとれば、
カンチレバー7の長さp1カンチレバー7の幅W数10
0μ酊〜数龍で、ギャップdは数μ−〜数10μ■、光
ファイバー変位計6の直径はWに対応した値で数10μ
−〜数關としている。
Furthermore, an optical fiber displacement meter 6 is provided on the other surface of the base 7a so that the gap between it and the cantilever 7 is d. In this example, if the dimensions are taken as shown in Figure 2,
Length of cantilever 7 p1 Width of cantilever 7 W number 10
The gap d is several microns to several tens of microns, and the diameter of the optical fiber displacement meter 6 is several tens of microns, which corresponds to W.
---I'm taking a few steps.

第3図(a)(b)は、光ファイバー変位計6の詳細な
構成例を示す概要図である。第3図において、光ファイ
バー変位計6は、光源61からカンチレバー7に光を照
射する1本の投光用光ファイバー62と、この投光用光
ファイバー62の周囲に配設され、カンチレバー7にて
反射される光を受光してフォトセル63へ出光する複数
本(本例では6本)受光用光ファイバー64とを備えて
なり、投光用光ファイバー62からカンチレバー7に照
射された光を受光用光ファイバー64により受けとり、
この時ファイバ一端面とカンチレバー7とのギャップδ
により、受光用光ファイバー64に戻る光強度が変化す
ることを利用して、カンチレバー7の変位または振動を
検出するようになっている。
FIGS. 3(a) and 3(b) are schematic diagrams showing detailed configuration examples of the optical fiber displacement meter 6. FIG. In FIG. 3, the optical fiber displacement meter 6 includes one light projecting optical fiber 62 that irradiates light from a light source 61 to the cantilever 7, and is arranged around this light projecting optical fiber 62, and the light is reflected by the cantilever 7. A plurality of light receiving optical fibers 64 (six in this example) receive light from the light emitting optical fiber 62 and emit the light to the photocell 63. Receive,
At this time, the gap δ between the fiber one end face and the cantilever 7
Therefore, the displacement or vibration of the cantilever 7 is detected by utilizing the change in the intensity of light returning to the light-receiving optical fiber 64.

次に、以上のように構成した本実施例の原子間力顕微鏡
装置の作用について説明する。
Next, the operation of the atomic force microscope apparatus of this embodiment configured as described above will be explained.

第1図において、カンチレバー7を試料4に対してオン
グストロームオーダまで接近させ、試料4とカンチレバ
ー7先端との間に生じる原子間力によるカンチレバー7
先端の変位または振動が、光ファイバー変位計6により
検出され、試料4の表面形状が測定される。
In FIG. 1, the cantilever 7 is brought close to the sample 4 on the order of angstroms, and the cantilever 7 is caused by an atomic force generated between the sample 4 and the tip of the cantilever 7.
The displacement or vibration of the tip is detected by the optical fiber displacement meter 6, and the surface shape of the sample 4 is measured.

すなわち、光源61から投光用光ファイバー62を通し
てカンチレバー7に光が照射され、カンチレバー7にて
反射される光が受光用光ファイバー64を通してフォト
セル63で受光され、この時ファイバ一端面とカンチレ
バー7とのギャップδにより、受光用光ファイバー64
に戻る光強度が変化することを利用して、カンチレバー
7の変位または振動が検出される。
That is, light is irradiated from the light source 61 to the cantilever 7 through the light emitting optical fiber 62, and the light reflected by the cantilever 7 is received by the photocell 63 through the light receiving optical fiber 64. Due to the gap δ, the light receiving optical fiber 64
The displacement or vibration of the cantilever 7 is detected by utilizing changes in the intensity of the light returned to the cantilever.

この場合、受光用光ファイバー64の光強度は、第3図
(b)に示すような原理により、第4図(a)のように
なる。すなわち、第4図(a)では、受光用光ファイバ
ー64の光強度は、ディテクターの受光飽和値を常に下
回っている状態である。この時、光ファイバーとカンチ
レバー7とのギャップδは、δ−δB (第3図(b)
のBの位f)で最大となっている。この位置は、光ファ
イバーの特性によって多少異なるが、だいたい100μ
m程度である。通常の使用法(第3図(a))では、例
えばδ−δ□の動作点で使用し、この時の変位の分解能
はサブμm程度である。本実施例の場合は、ディテクタ
ーのゲインをさらに上げ、第4図(b)のようにして使
用する。すなわち、δ−δ8の点では、ディテクターは
飽和している。しかし、このBの位置よりO側では、第
4図(b)のS領域のように、ギャップδに対して光強
度がリニアに変化する部分があり、この領域のG点に動
作点を持ってくることにより(δ−δ6)、カンチレバ
ー7の変位を測定できる(例えば、δ6讃70μs) このようにすることにより、光ファイバー変位計6の分
解能を、サブμ−から1/100μ観〜lnm1こ向上
することができ、よってカンチレバー7に加わった10
−9〜10−2’Nの微小な力を検出することができる
。なぜならば、カンチレバー7のばね定数をk、原子間
力をF1カンチレバー変位をδとすると、 F−にδ であり、 k−1〜O,OIN/m、F−10−’ 〜10−”N
とすると、 δ−F/に−(10−’〜10−” )/ (1〜0.
01) −10−’ 〜10−20 [mコ となる。先の1/100μ■〜1n■は、10−8〜1
0−’mであるので、上式の10−7〜10−’mに対
応するし、この時F−10−9〜10−”Nの原子間力
が測定できることになる。
In this case, the light intensity of the light-receiving optical fiber 64 becomes as shown in FIG. 4(a) based on the principle shown in FIG. 3(b). That is, in FIG. 4(a), the light intensity of the light-receiving optical fiber 64 is always below the light-receiving saturation value of the detector. At this time, the gap δ between the optical fiber and the cantilever 7 is δ−δB (Fig. 3(b)
It is maximum at the B place f). This position varies slightly depending on the characteristics of the optical fiber, but is approximately 100μ
It is about m. In normal usage (FIG. 3(a)), for example, it is used at an operating point of δ-δ□, and the displacement resolution at this time is about sub-μm. In the case of this embodiment, the gain of the detector is further increased and used as shown in FIG. 4(b). That is, at the point δ-δ8, the detector is saturated. However, on the O side from the B position, there is a part where the light intensity changes linearly with respect to the gap δ, as in the S region in Figure 4(b), and the operating point is at the G point in this region. (δ - δ6), the displacement of the cantilever 7 can be measured (for example, δ6 = 70 μs) By doing this, the resolution of the optical fiber displacement meter 6 can be increased from sub-μ to 1/100 μ to lnm1. can be improved, thus adding cantilever 7 to 10
A minute force of -9 to 10-2'N can be detected. This is because, if the spring constant of the cantilever 7 is k and the atomic force is F1 and the cantilever displacement is δ, F- is δ, k-1 ~ O, OIN/m, F-10-' ~ 10-''N
Then, δ-F/-(10-'~10-'')/(1~0.
01) -10-' to 10-20 [m. The previous 1/100 μ■ ~ 1n■ is 10-8 ~ 1
Since it is 0-'m, it corresponds to 10-7 to 10-'m in the above equation, and at this time, the atomic force of F-10-9 to 10-'N can be measured.

上述したように、本実施例では、一方の面に原子間力検
出用のチップ8が設けられ、試料4との間に生じる原子
間力を検出するカンチレバー7と、このカンチレバー7
の他方の面に対向して配設され、当該カンチレバー7の
変位または振動を検出する光検出器とから構成される原
子間力顕微鏡装置において、光検出器として、カンチレ
バー7に光を照射する1本の投光用光ファイバー62と
、カンチレバー7にて反射される光を受光する複数本の
受光用光ファイバー64とを備えてなり、カンチレバー
7の位置により反射光量が変化することを利用してカン
チレバー7の変位または振動を検出する光ファイバー変
位計6を用いるようにしたものである。
As described above, in this embodiment, the tip 8 for detecting atomic force is provided on one surface, and the cantilever 7 detects the atomic force generated between the sample 4 and the cantilever 7.
In an atomic force microscope device, the atomic force microscope device includes a photodetector that is disposed facing the other surface of the cantilever 7 and detects displacement or vibration of the cantilever 7. It is equipped with an optical fiber 62 for projecting light from a book, and a plurality of optical fibers 64 for receiving light that receive light reflected by the cantilever 7. An optical fiber displacement meter 6 is used to detect the displacement or vibration of the sensor.

従って、次のような種々の効果が得られるものである。Therefore, the following various effects can be obtained.

Cm)投光用光ファイバー62からカンチレバー7に光
を照射し、カンチレバー7にて反射される光を受光用光
ファイバー64にて受光し、カンチレバー7の位置によ
り反射光量が変化することを利用してカンチレバー7の
変位または振動を検出しているため、原子間力顕微鏡装
置全体のサイズを従来の数10m■から数100 mm
の数分の1に小さくすることが可能となる。これにより
、温度ドリフト値も数分の1に小さくすることができる
Cm) Light is irradiated from the light emitting optical fiber 62 to the cantilever 7, the light reflected by the cantilever 7 is received by the light receiving optical fiber 64, and the amount of reflected light changes depending on the position of the cantilever 7. 7 displacement or vibration, the size of the entire atomic force microscope device has been reduced from the conventional several tens of meters to several hundred mm.
This makes it possible to reduce the size to a fraction of the size. Thereby, the temperature drift value can also be reduced to a fraction of that.

また同時に、床振動に対する影響も小さくすることがで
きる。
At the same time, the influence on floor vibrations can also be reduced.

(b)ワークデイスタンスは、従来の数10mm〜数1
00龍に比べて、100μ腸以下と100分の1〜10
00分の1と小さくなり、空気のゆらぎの影響もこれに
比例した値となる。すなわち、ギャップdを数lOμm
程度にすると、従来の光テコ方式の数IClem〜数1
00寵のワークデイスタンスと比較すると、さらに3桁
〜4桁だけデイメンジョンが小さくすることが可能とな
る。これにより、カンチレバー7の変位検出感度を高め
ることができる。
(b) Work distance is from several 10 mm to several 1
Compared to 00 dragon, the intestine is less than 100 μ and 1 to 10 times smaller.
The effect of air fluctuation becomes proportional to this value. In other words, the gap d is several lOμm.
In terms of degree, the conventional optical lever method has a number of IClem to a number of 1
Compared to the work distance of 00, it is possible to further reduce the dimension by 3 to 4 orders of magnitude. Thereby, the displacement detection sensitivity of the cantilever 7 can be increased.

(C)光ファイバーを用いているため、前述した従来の
方式に比べると、発熱の装置に対する影響を小さくする
ことが可能となり、これにより温度ドリフト値も等価的
に小さくすることができる。
(C) Since optical fibers are used, the effect of heat generation on the device can be reduced compared to the conventional method described above, and thereby the temperature drift value can also be equivalently reduced.

(d)光ファイバーとしては、投光用ファイバーが1本
であるため、光のスポットが小さく、より小寸法のカン
チレバーにも容易に対応することが可能となる。
(d) Since there is only one optical fiber for light projection, the light spot is small and it is possible to easily accommodate smaller-sized cantilevers.

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにしても実施できるものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, but can also be implemented as follows.

(a)光ファイバーとしては、第3図(a)に示すよう
な構成のものを用いたが、これに限らず例えば第5図(
a)〜(C)に示すような投光ファイバーの形式のもの
を用いるようにしてもよい。
(a) As the optical fiber, the one having the configuration shown in FIG. 3(a) was used, but it is not limited to this.
Light projecting fibers as shown in a) to (C) may also be used.

この場合には、投光用ファイバーが複数本であるため、
より多くの光量がとれ、変位検出感度をより一層高める
ことが可能となる。
In this case, since there are multiple light emitting fibers,
A larger amount of light can be obtained, and displacement detection sensitivity can be further increased.

(b)カンチレバーとしては、第2図に示すようにベー
ス7aにチップ8が設けられた構成のものを用いたが、
これに限らず例えば第6図に示すようにチップが設けら
れていないものを用いるようにしてもよい。
(b) As a cantilever, one having a structure in which a tip 8 was provided on a base 7a as shown in FIG. 2 was used.
The present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG. 6, a device without a chip may be used.

(C)カンチレバーとしては、厚さtが数μW〜数10
μ層のガラス板をベース7aとして用いるようにしても
よい。そして、このカンチレバーにガラス板を用いる場
合には、光が良く反射するように表面を金等でコーティ
ングすることが好ましい。
(C) As a cantilever, the thickness t is from several μW to several 10
A μ layer glass plate may be used as the base 7a. When a glass plate is used as the cantilever, it is preferable to coat the surface with gold or the like so that light is well reflected.

(d)受光用光ファイバーを構成するファイバーの数は
複数でも単数でもよい。
(d) The number of fibers constituting the light-receiving optical fiber may be plural or singular.

[発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、光検出器として、
カンチレバーに光を照射する投光用光ファイバーと、カ
ンチレバーにて反射される光を受光する受光用光ファイ
バーとを備えてなり、カンチレバーの位置により反射光
量が変化することを利用してカンチレバーの変位または
振動を検出する光ファイバー変位計を用いるようにした
ので、装置全体を小形化することができ、かつカンチレ
バー変位検出感度を高めると共に、温度ドリフト値を高
くすることが可能な極めて低価格な原子間力顕微鏡装置
が提供できる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, as a photodetector,
It is equipped with an optical fiber for projecting light that irradiates light onto the cantilever, and an optical fiber for receiving light that receives light reflected by the cantilever, and uses the change in the amount of reflected light depending on the position of the cantilever to control the displacement or vibration of the cantilever. Since it uses an optical fiber displacement meter to detect Equipment can be provided.

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

第1図は本発明による原子間力顕微鏡装置の一実施例を
示す構成図、 第2図は同実施例におけるカンチレバー付近の詳細構成
例を示す概要図、 第3図は同実施例における光ファイバー変位計の詳細構
成例を示す概要図、 第4図は同実施例における作用を
説明するための特性図、第5図および第6図は本発明に
よる原子間力顕微鏡装置の他の実施例をそれぞれ示す概
要図である。 1・・・ベース、2・・・xyz粗動機構、3・・・x
yz微動機構、4・・・試料、5・・・Z駆動機構、6
・・・光ファイバー変位計、7・・・カンチレバー、8
・・・原子間力検出用チップ、61・・・光源、62・
・・投光用光ファイバー、63・・・フォトセル、64
・・・受光用光ファイバー。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 (a) (b) 第3図 (a) (b) 1g4図 (c) 第5図
Fig. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of an atomic force microscope device according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing a detailed configuration example near the cantilever in the same embodiment, and Fig. 3 is an optical fiber displacement in the same embodiment. FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining the operation of the same embodiment, and FIGS. 5 and 6 show other embodiments of the atomic force microscope device according to the present invention. FIG. 1...Base, 2...xyz coarse movement mechanism, 3...x
yz fine movement mechanism, 4... sample, 5... Z drive mechanism, 6
...Optical fiber displacement meter, 7...Cantilever, 8
...Atomic force detection chip, 61...Light source, 62.
... Optical fiber for light projection, 63 ... Photocell, 64
...Optical fiber for light reception. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 (a) (b) Figure 3 (a) (b) Figure 1g4 (c) Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 所定の間隔を存して設けられた試料との間に生じる原子
間力を検出するカンチレバーと、前記カンチレバーの反
試料面側に対向して配設され、当該カンチレバーの変位
または振動を検出する光検出器とから構成される原子間
力顕微鏡装置において、 前記光検出器として、前記カンチレバーに光を照射する
投光用光ファイバーと、前記カンチレバーにて反射され
る光を受光する受光用光ファイバーとを備えてなり、前
記カンチレバーの位置により反射光量が変化することを
利用してカンチレバーの変位または振動を検出する光フ
ァイバー変位計を用いるようにしたことを特徴とする原
子間力顕微鏡装置。
[Scope of Claims] A cantilever for detecting atomic force generated between a sample and a sample provided at a predetermined distance; Alternatively, in an atomic force microscope device comprising a photodetector that detects vibration, the photodetector is a light projecting optical fiber that irradiates the cantilever with light, and a light that receives light reflected by the cantilever. An atomic force microscope device comprising a light-receiving optical fiber and using an optical fiber displacement meter that detects displacement or vibration of the cantilever by utilizing the amount of reflected light changing depending on the position of the cantilever. .
JP30019090A 1990-11-06 1990-11-06 Interatomic force microscope apparatus Pending JPH04174312A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30019090A JPH04174312A (en) 1990-11-06 1990-11-06 Interatomic force microscope apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30019090A JPH04174312A (en) 1990-11-06 1990-11-06 Interatomic force microscope apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04174312A true JPH04174312A (en) 1992-06-22

Family

ID=17881820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30019090A Pending JPH04174312A (en) 1990-11-06 1990-11-06 Interatomic force microscope apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04174312A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105659079A (en) * 2013-09-09 2016-06-08 Koc 大学 Miniaturized integrated micro electo-mechanical systems (MEMS) optical sensor array for viscosity and mass detection

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105659079A (en) * 2013-09-09 2016-06-08 Koc 大学 Miniaturized integrated micro electo-mechanical systems (MEMS) optical sensor array for viscosity and mass detection
JP2016532874A (en) * 2013-09-09 2016-10-20 コチ・ウニヴェルシテシKoc Universitesi Compact integrated microelectromechanical system (MEMS) photosensor array for detecting viscosity and mass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2516292B2 (en) Atomic force microscope
Yaralioglu et al. Analysis and design of an interdigital cantilever as a displacement sensor
US6642517B1 (en) Method and apparatus for atomic force microscopy
JP7333434B2 (en) Apparatus and method for scanning probe microscopy
JP2011522273A (en) Probe detection system
JP3002977B1 (en) Scanning probe and scanning probe microscope
JPH04337403A (en) Photointegration type displacement sensor
JP2008051555A (en) Optical displacement detection mechanism, and probe microscope using the same
Quercioli et al. Monitoring of an atomic force microscope cantilever with a compact disk pickup
US6718821B1 (en) Laser interferometry force-feedback sensor for an interfacial force microscope
JPH1144693A (en) Method and apparatus for measurement of position of probe chip in near-field optical microscope and control device therefor
JPH04174312A (en) Interatomic force microscope apparatus
JP2005147979A (en) Scanning probe microscope
JP2001343211A (en) Displacement detector and displacement controller
Xu et al. A new micro/nano-touch-trigger probe using an optoelectronic sensor with a wedge prism
JP3535356B2 (en) Scanning near-field optical microscope using optical resonator
JPH03296612A (en) Atomic force microscope
JPH07198359A (en) Fine movement mechanism and scanning probe microscope
JP4262621B2 (en) Atomic force microscope
JPH07244058A (en) Surface shape measuring device
JPH07234119A (en) Finely adjusting mechanism, scanning type probe microscope and infinitesimal displacement detecting method
JP3095801B2 (en) Surface charge distribution measuring device
JPH06258068A (en) Interatomic force microscope
JP3874685B2 (en) Scanning probe microscope
JPH02281103A (en) Interatomic force microscope