JPH04225105A - トンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおける誤差補正方式 - Google Patents
トンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおける誤差補正方式Info
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- JPH04225105A JPH04225105A JP2407770A JP40777090A JPH04225105A JP H04225105 A JPH04225105 A JP H04225105A JP 2407770 A JP2407770 A JP 2407770A JP 40777090 A JP40777090 A JP 40777090A JP H04225105 A JPH04225105 A JP H04225105A
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- 230000005641 tunneling Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 abstract 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
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- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル顕微鏡に係り
、特に、探針の位置を固定した状態で試料に印加するバ
イアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に同期して
トンネル電流を検出するスペクトロスコピーに関するも
のである。
、特に、探針の位置を固定した状態で試料に印加するバ
イアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に同期して
トンネル電流を検出するスペクトロスコピーに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】トンネル顕微鏡は試料表面の凹凸を観察
する装置として知られているが、そればかりではなく試
料の局所領域における電子の状態を検知することもでき
る。これは一般にスペクトロスコピーと称されているが
、まずその動作について説明する。図２は従来のトンネ
ル顕微鏡における制御システムの構成例を示す図であり
、図３及び図４は各部の信号波形を示す。図３Ａはバイ
アス電圧回路１１から出力される試料２のバイアス電圧
の波形を示し、同図ＢはＩ／Ｖ（電流／電圧）変換回路
３の出力電圧波形を示し、同図Ｃは制御装置１２からＳ
／Ｈ（サンプル／ホールド）回路８に出力される制御信
号の波形を示し、同図Ｄは制御装置１２におけるデータ
取り込みのタイミング信号の波形を示す。図４について
も同様である。さて、図２において、図示しない入力装
置からサンプル動作が指示された場合には、制御装置１
２はＳ／Ｈ回路８にサンプル動作を指示する制御信号（
図３Ｃ）を出力すると共に、バイアス電圧回路１１には
所定の一定電圧の出力を指示し、Ｘ駆動素子及びＹ駆動
素子（共に図示せず）に位置信号を出力する。なお、図
２では試料２からの高さ方向をＺ方向とし、それに直交
する平面を構成する軸をＸ軸及びＹ軸とする。以下同様
である。そして、このとき探針１を流れるトンネル電流
はＩ／Ｖ変換回路３で電圧に変換されて絶対値増幅器４
で一極性の信号になされると共に増幅されて対数増幅器
５で対数に変換されて増幅され、比較回路６に入力され
る。比較回路６には制御装置６から基準電圧Ｖｒｅｆが
入力されており、対数増幅器５の出力はこの基準電圧Ｖ
ｒｅｆと比較される。比較回路６の出力は、位相補償回
路７により当該フィードバックループで発振が生じない
ように位相補償され、Ｓ／Ｈ回路８を介してＺ駆動回路
９に入力され、Ｚ駆動素子１０が駆動される。これによ
り、探針１は、トンネル電流が基準電圧Ｖｒｅｆ に対
応する電流になるＺ位置に移動され、そのときのＳ／Ｈ
回路８の出力電圧が制御装置１２に取り込まれる。
する装置として知られているが、そればかりではなく試
料の局所領域における電子の状態を検知することもでき
る。これは一般にスペクトロスコピーと称されているが
、まずその動作について説明する。図２は従来のトンネ
ル顕微鏡における制御システムの構成例を示す図であり
、図３及び図４は各部の信号波形を示す。図３Ａはバイ
アス電圧回路１１から出力される試料２のバイアス電圧
の波形を示し、同図ＢはＩ／Ｖ（電流／電圧）変換回路
３の出力電圧波形を示し、同図Ｃは制御装置１２からＳ
／Ｈ（サンプル／ホールド）回路８に出力される制御信
号の波形を示し、同図Ｄは制御装置１２におけるデータ
取り込みのタイミング信号の波形を示す。図４について
も同様である。さて、図２において、図示しない入力装
置からサンプル動作が指示された場合には、制御装置１
２はＳ／Ｈ回路８にサンプル動作を指示する制御信号（
図３Ｃ）を出力すると共に、バイアス電圧回路１１には
所定の一定電圧の出力を指示し、Ｘ駆動素子及びＹ駆動
素子（共に図示せず）に位置信号を出力する。なお、図
２では試料２からの高さ方向をＺ方向とし、それに直交
する平面を構成する軸をＸ軸及びＹ軸とする。以下同様
である。そして、このとき探針１を流れるトンネル電流
はＩ／Ｖ変換回路３で電圧に変換されて絶対値増幅器４
で一極性の信号になされると共に増幅されて対数増幅器
５で対数に変換されて増幅され、比較回路６に入力され
る。比較回路６には制御装置６から基準電圧Ｖｒｅｆが
入力されており、対数増幅器５の出力はこの基準電圧Ｖ
ｒｅｆと比較される。比較回路６の出力は、位相補償回
路７により当該フィードバックループで発振が生じない
ように位相補償され、Ｓ／Ｈ回路８を介してＺ駆動回路
９に入力され、Ｚ駆動素子１０が駆動される。これによ
り、探針１は、トンネル電流が基準電圧Ｖｒｅｆ に対
応する電流になるＺ位置に移動され、そのときのＳ／Ｈ
回路８の出力電圧が制御装置１２に取り込まれる。
【０００３】以上の動作を、Ｘ−Ｙ平面を走査しながら
行うことによって試料２の表面の凹凸を観察することが
できる。次に、ホールド動作が指示された場合には、制
御装置１２はＳ／Ｈ回路８にホールド動作を指示する制
御信号を出力して探針１の駆動を停止させると共に、バ
イアス電圧回路１１には掃引電圧の発生を指示する。こ
れにより、図３Ａの２０で示すようなランプ波形あるい
は図４Ａの２１で示すような階段波状のバイアス電圧が
発生され、試料２に印加される。そして、このとき、例
えば図３Ｄに示すように所定のタイミングでバイアス電
圧の掃引に同期してＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧を取り
込み、取り込んだデータに所定の処理を施すことによっ
て、探針１の位置の近傍における電子の状態を知ること
ができる。これがスペクトロスコピーである。
行うことによって試料２の表面の凹凸を観察することが
できる。次に、ホールド動作が指示された場合には、制
御装置１２はＳ／Ｈ回路８にホールド動作を指示する制
御信号を出力して探針１の駆動を停止させると共に、バ
イアス電圧回路１１には掃引電圧の発生を指示する。こ
れにより、図３Ａの２０で示すようなランプ波形あるい
は図４Ａの２１で示すような階段波状のバイアス電圧が
発生され、試料２に印加される。そして、このとき、例
えば図３Ｄに示すように所定のタイミングでバイアス電
圧の掃引に同期してＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧を取り
込み、取り込んだデータに所定の処理を施すことによっ
て、探針１の位置の近傍における電子の状態を知ること
ができる。これがスペクトロスコピーである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペク
トロスコピーの際には、探針１と試料２との間に存在す
る浮遊容量Ｃ０のため、試料２に印加される掃引バイア
ス電圧自体も同時に検出され、探針１を流れるトンネル
電流に誤差を生じ、その結果Ｉ／Ｖ変換回路３の出力電
圧にも誤差を生じるという問題があった。本発明は、上
記の課題を解決するものであって、探針と試料との間の
浮遊容量に基づく誤差を除き、真のトンネル電流に対応
する信号を得ることができるトンネル顕微鏡のスペクト
ロスコピーにおける誤差補正方式を提供することを目的
とするものである。
トロスコピーの際には、探針１と試料２との間に存在す
る浮遊容量Ｃ０のため、試料２に印加される掃引バイア
ス電圧自体も同時に検出され、探針１を流れるトンネル
電流に誤差を生じ、その結果Ｉ／Ｖ変換回路３の出力電
圧にも誤差を生じるという問題があった。本発明は、上
記の課題を解決するものであって、探針と試料との間の
浮遊容量に基づく誤差を除き、真のトンネル電流に対応
する信号を得ることができるトンネル顕微鏡のスペクト
ロスコピーにおける誤差補正方式を提供することを目的
とするものである。
【０００５】
【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、本発明のトンネル顕微鏡のスペクトロスコピーに
おける誤差補正方式は、探針の位置を固定した状態で試
料に印加するバイアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の
掃引に同期してトンネル電流に相当する電圧値を検出す
るトンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおいて、前記
バイアス電圧の掃引は零ボルトを含んだ掃引を行い、バ
イアス電圧が零ボルトのときの検出電圧値とバイアス電
圧が零ボルトのときの理論出力値とから誤差を求め、該
誤差を前記検出電圧値から減算することを特徴とし、ま
た、探針の位置を固定した状態で試料に印加するバイア
ス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に同期してトン
ネル電流に相当する電圧値を検出するトンネル顕微鏡の
スペクトロスコピーにおいて、前記バイアス電圧の掃引
は零ボルトを含まない掃引を行い、検出電圧値からバイ
アス電圧が零ボルトのときの検出電圧を類推して誤差分
とし、前記検出電圧値から前記誤差分を減算することを
特徴とする。
めに、本発明のトンネル顕微鏡のスペクトロスコピーに
おける誤差補正方式は、探針の位置を固定した状態で試
料に印加するバイアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の
掃引に同期してトンネル電流に相当する電圧値を検出す
るトンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおいて、前記
バイアス電圧の掃引は零ボルトを含んだ掃引を行い、バ
イアス電圧が零ボルトのときの検出電圧値とバイアス電
圧が零ボルトのときの理論出力値とから誤差を求め、該
誤差を前記検出電圧値から減算することを特徴とし、ま
た、探針の位置を固定した状態で試料に印加するバイア
ス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に同期してトン
ネル電流に相当する電圧値を検出するトンネル顕微鏡の
スペクトロスコピーにおいて、前記バイアス電圧の掃引
は零ボルトを含まない掃引を行い、検出電圧値からバイ
アス電圧が零ボルトのときの検出電圧を類推して誤差分
とし、前記検出電圧値から前記誤差分を減算することを
特徴とする。
【０００６】
【作用】バイアス電圧回路は、０（Ｖ）を含む掃引バイ
アス電圧を発生する。そして、誤差補正手段はバイアス
電圧が０（Ｖ）のときの検出電圧値を誤差として、デー
タ取り込みの終了後、全てのデータから前記誤差を減算
することによってデータを補正する。また、掃引バイア
ス電圧が０（Ｖ）を含まない場合には、補間法により外
挿することによってバイアス電圧が０（Ｖ）のときの検
出電圧を類推して、それを誤差分とし、当該誤差分を全
てのデータから減算して補正を行う。
アス電圧を発生する。そして、誤差補正手段はバイアス
電圧が０（Ｖ）のときの検出電圧値を誤差として、デー
タ取り込みの終了後、全てのデータから前記誤差を減算
することによってデータを補正する。また、掃引バイア
ス電圧が０（Ｖ）を含まない場合には、補間法により外
挿することによってバイアス電圧が０（Ｖ）のときの検
出電圧を類推して、それを誤差分とし、当該誤差分を全
てのデータから減算して補正を行う。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
図１は本発明に係るトンネル顕微鏡のスペクトロスコピ
ーにおける誤差補正方式の一実施例の構成を示す図であ
り、図２に示す構成とは、制御装置１２に誤差補正手段
１３を備える点で異なっている。その動作は次のようで
ある。スペクトロスコピー時には、制御装置１２は従来
と同様に、Ｓ／Ｈ回路８にホールド動作を指示すると共
に、バイアス電圧回路１１には掃引バイアス電圧の発生
を指示するが、本発明においては、バイアス電圧回路１
１は、図３Ａ、図４Ａに示すように、０（Ｖ）を含む掃
引バイアス電圧を発生する。制御装置１２は、上述した
ようにバイアス電圧の掃引に同期して所定のタイミング
でＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧を取り込むが、誤差補正
手段１３は、取り込まれた出力電圧の中のバイアス電圧
が０（Ｖ）のときの出力電圧を誤差とする。そして、制
御装置１２による出力電圧の取り込みが終了した後、誤
差補正手段１３は、取り込んだ全ての出力電圧から、検
出した誤差を減算してデータを補正する。
ーにおける誤差補正方式の一実施例の構成を示す図であ
り、図２に示す構成とは、制御装置１２に誤差補正手段
１３を備える点で異なっている。その動作は次のようで
ある。スペクトロスコピー時には、制御装置１２は従来
と同様に、Ｓ／Ｈ回路８にホールド動作を指示すると共
に、バイアス電圧回路１１には掃引バイアス電圧の発生
を指示するが、本発明においては、バイアス電圧回路１
１は、図３Ａ、図４Ａに示すように、０（Ｖ）を含む掃
引バイアス電圧を発生する。制御装置１２は、上述した
ようにバイアス電圧の掃引に同期して所定のタイミング
でＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧を取り込むが、誤差補正
手段１３は、取り込まれた出力電圧の中のバイアス電圧
が０（Ｖ）のときの出力電圧を誤差とする。そして、制
御装置１２による出力電圧の取り込みが終了した後、誤
差補正手段１３は、取り込んだ全ての出力電圧から、検
出した誤差を減算してデータを補正する。
【０００８】以上の動作により誤差が補正できる理由は
次の通りである。Ｉ／Ｖ変換回路３の出力Ｖｏｕｔ は
、Ｖｎ を浮遊容量により掃引バイアス電圧を検出した
誤差、Ｖ０を真のトンネル電流検出電圧として下記の式
で与えられる。 Ｖｏｕｔ ＝Ｖｎ ＋Ｖ０
…（１）ところで、理論的にはバ
イアス電圧が０（Ｖ）の場合にはトンネル電流は流れな
いから、このときのＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧の理論
値は０（Ｖ）である。しかし、例えば掃引バイアス電圧
として図３Ａのランプ波電圧２０を試料２に印加したと
き、０（Ｖ）のときのＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧が図
３Ｂに示すようにδＶ１であったとすると、このときの
誤差Ｖｎ は下記の（２）式で求められる。 Ｖｎ ＝δＶ１ ＋０（Ｖ）
…（２）また一方、試料と探針１との
間の浮遊容量とトンネル電流検出回路の構成から、掃引
バイアスによる検出誤差Ｖｎ は掃引バイアスの微分と
なる。そして、図３Ａのランプ波電圧２０の微分は直流
分となるので、掃引バイアス電圧の範囲内では（２）式
で求められる一定の誤差Ｖｎ ＝δＶ１ が生じている
とすることができることが分かる。従って、あるときの
Ｉ／Ｖ変換回路３の出力電圧がＶｔであるとすると、Ｖ
ｔ−δＶ１の演算を行うことによって、探針１と試料２
との間の浮遊容量Ｃ０に基づく誤差を補正して、図３Ｂ
の一点鎖線２５で示すように、真のトンネル電流に対応
する値を得ることができることになる。
次の通りである。Ｉ／Ｖ変換回路３の出力Ｖｏｕｔ は
、Ｖｎ を浮遊容量により掃引バイアス電圧を検出した
誤差、Ｖ０を真のトンネル電流検出電圧として下記の式
で与えられる。 Ｖｏｕｔ ＝Ｖｎ ＋Ｖ０
…（１）ところで、理論的にはバ
イアス電圧が０（Ｖ）の場合にはトンネル電流は流れな
いから、このときのＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧の理論
値は０（Ｖ）である。しかし、例えば掃引バイアス電圧
として図３Ａのランプ波電圧２０を試料２に印加したと
き、０（Ｖ）のときのＩ／Ｖ変換回路３の出力電圧が図
３Ｂに示すようにδＶ１であったとすると、このときの
誤差Ｖｎ は下記の（２）式で求められる。 Ｖｎ ＝δＶ１ ＋０（Ｖ）
…（２）また一方、試料と探針１との
間の浮遊容量とトンネル電流検出回路の構成から、掃引
バイアスによる検出誤差Ｖｎ は掃引バイアスの微分と
なる。そして、図３Ａのランプ波電圧２０の微分は直流
分となるので、掃引バイアス電圧の範囲内では（２）式
で求められる一定の誤差Ｖｎ ＝δＶ１ が生じている
とすることができることが分かる。従って、あるときの
Ｉ／Ｖ変換回路３の出力電圧がＶｔであるとすると、Ｖ
ｔ−δＶ１の演算を行うことによって、探針１と試料２
との間の浮遊容量Ｃ０に基づく誤差を補正して、図３Ｂ
の一点鎖線２５で示すように、真のトンネル電流に対応
する値を得ることができることになる。
【０００９】掃引バイアス電圧として図４Ａの階段波状
掃引バイアス電圧２１を使用した場合にも同様であり、
バイアス電圧が０（Ｖ）の時点での出力電圧δＶ２を全
ての検出電圧から減算すればよいが、この場合にはバイ
アス電圧が変化した後の一定時間後の検出電圧データの
取り込みを行うようにする。バイアスステップ幅が同じ
であれば、その微分は指数関数になるが、ステップから
一定時間後の値は常に一定になるからである。また、バ
イアス電圧掃引に０（Ｖ）を含まない場合は、補間法（
外挿）によりバイアス電圧０（Ｖ）での検出電圧を類推
して誤差分とし、検出電圧から減算するようにする。 以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可
能である。例えば、上記実施例ではデータの取り込みは
Ｉ／Ｖ変換回路３から行うものとしたが、対数変換回路
５の出力を取り込むようにしてもよいことは明らかであ
る。
掃引バイアス電圧２１を使用した場合にも同様であり、
バイアス電圧が０（Ｖ）の時点での出力電圧δＶ２を全
ての検出電圧から減算すればよいが、この場合にはバイ
アス電圧が変化した後の一定時間後の検出電圧データの
取り込みを行うようにする。バイアスステップ幅が同じ
であれば、その微分は指数関数になるが、ステップから
一定時間後の値は常に一定になるからである。また、バ
イアス電圧掃引に０（Ｖ）を含まない場合は、補間法（
外挿）によりバイアス電圧０（Ｖ）での検出電圧を類推
して誤差分とし、検出電圧から減算するようにする。 以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可
能である。例えば、上記実施例ではデータの取り込みは
Ｉ／Ｖ変換回路３から行うものとしたが、対数変換回路
５の出力を取り込むようにしてもよいことは明らかであ
る。
【００１０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、スペクトロスコピーの際に生じる探針と試料
との間の浮遊容量に基づく誤差を補正し、真のトンネル
電流に対応するデータを得ることができる。
によれば、スペクトロスコピーの際に生じる探針と試料
との間の浮遊容量に基づく誤差を補正し、真のトンネル
電流に対応するデータを得ることができる。
【図１】 本発明に係るトンネル顕微鏡のスペクトロ
スコピーにおける誤差補正方式の一実施例の構成を示す
図である。
スコピーにおける誤差補正方式の一実施例の構成を示す
図である。
【図２】 従来のトンネル顕微鏡における制御システ
ムの構成例を示す図である。
ムの構成例を示す図である。
【図３】 従来のスペクトロスコピーの問題点を説明
すると共に本発明の動作を説明するための図である。
すると共に本発明の動作を説明するための図である。
【図４】 従来のスペクトロスコピーの問題点を説明
すると共に本発明の動作を説明するための図である。
すると共に本発明の動作を説明するための図である。
１…探針、２…試料、３…Ｉ／Ｖ変換回路、４…絶対値
増幅器、５…対数増幅器、６…比較回路、７…位相補償
回路、８…Ｓ／Ｈ回路、９…Ｚ駆動回路、１０…Ｚ駆動
素子、１１…バイアス電圧回路、１２…制御装置、１３
…誤差補正手段。
増幅器、５…対数増幅器、６…比較回路、７…位相補償
回路、８…Ｓ／Ｈ回路、９…Ｚ駆動回路、１０…Ｚ駆動
素子、１１…バイアス電圧回路、１２…制御装置、１３
…誤差補正手段。
Claims (2)
- 【請求項１】 探針の位置を固定した状態で試料に印
加するバイアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に
同期してトンネル電流に相当する電圧値を検出するトン
ネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおいて、前記バイア
ス電圧の掃引は零ボルトを含んだ掃引を行い、バイアス
電圧が零ボルトのときの検出電圧値を前記検出電圧値か
ら減算することを特徴とするトンネル顕微鏡のスペクト
ロスコピーにおける誤差補正方式。 - 【請求項２】 探針の位置を固定した状態で試料に印
加するバイアス電圧を掃引し、該バイアス電圧の掃引に
同期してトンネル電流に相当する電圧値を検出するトン
ネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおいて、前記バイア
ス電圧の掃引は零ボルトを含まない掃引を行い、検出電
圧値からバイアス電圧が零ボルトのときの検出電圧を類
推して誤差分とし、前記検出電圧値から前記誤差分を減
算することを特徴とするトンネル顕微鏡のスペクトロス
コピーにおける誤差補正方式。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407770A JP2753399B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | トンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおける誤差補正方式 |
| US07/813,906 US5171993A (en) | 1990-12-27 | 1991-12-23 | Method of correcting error arising in current-imaging tunneling spectroscopy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407770A JP2753399B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | トンネル顕微鏡のスペクトロスコピーにおける誤差補正方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225105A true JPH04225105A (ja) | 1992-08-14 |
| JP2753399B2 JP2753399B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=18517322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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