JPH04355304A - 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
- JPH04355304A JPH04355304A JP3131375A JP13137591A JPH04355304A JP H04355304 A JPH04355304 A JP H04355304A JP 3131375 A JP3131375 A JP 3131375A JP 13137591 A JP13137591 A JP 13137591A JP H04355304 A JPH04355304 A JP H04355304A
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- Japan
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- probe
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- holder
- fixing
- bimetals
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Links
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 241001455273 Tetrapoda Species 0.000 description 1
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子的な分解能で物体の
表面の像を形成する方法でトンネル電流を使用する方法
。
表面の像を形成する方法でトンネル電流を使用する方法
。
【０００２】
【従来の技術】通常の工学顕微鏡は物体のレンズの開口
によって決定される分解能上の限界がある。使用する光
の波長の略１／２より良い分解能を原理的に得られない
。特開昭５９−１２１３０１０号公報は開口の使用によ
る分解能の限界を、波長よりも小さな物体からの距離に
配置した波長と比較して小さな入射ひとみの直径の使用
によって回避した光学的近視野走査顕微鏡を開示してい
る。この顕微鏡は波長の１／１０程度、即ち５０ｎｍ、
近傍の分解能を達成している。
によって決定される分解能上の限界がある。使用する光
の波長の略１／２より良い分解能を原理的に得られない
。特開昭５９−１２１３０１０号公報は開口の使用によ
る分解能の限界を、波長よりも小さな物体からの距離に
配置した波長と比較して小さな入射ひとみの直径の使用
によって回避した光学的近視野走査顕微鏡を開示してい
る。この顕微鏡は波長の１／１０程度、即ち５０ｎｍ、
近傍の分解能を達成している。
【０００３】電子顕微鏡は代表的には垂直方向に２０ｎ
ｍ、横方向に１ｎｍの分解能を有するが、高い分解能を
達成するのに必要な電子ビームの高いエネルギのために
、多くの表面が著しく傷つく。
ｍ、横方向に１ｎｍの分解能を有するが、高い分解能を
達成するのに必要な電子ビームの高いエネルギのために
、多くの表面が著しく傷つく。
【０００４】米国特許第４３４３９９３号の走査トンネ
ル顕微鏡ははるかに小さなエネルギで動作するが、次に
走査トンネル顕微鏡の簡単な説明を行う。これにおいて
は、非常に鋭い金属チップが検査すべき表面を横切って
、チップの頂点の原子の電子の雲がチップに最も近い表
面領域上の原子の電子の雲とおだやかに接触する様な小
さな間隔でラスタ走査される。従って上記チップと表面
間に電位差が存在する時にギャップ間にトンネル電流が
流れる。このトンネル電流はチップと表面間の距離に依
存して指数的に変化するので、チップが探針の表面を横
切って走査する時に生ずる予定値からの偏差に基づいて
修正信号を発生するのに使用される。この修正信号を使
用してトンネルの距離を制御し、修正信号を最小にし、
又検査している表面上のチップの物理的位置から誘導さ
れる位置信号の関数としてグラフにする。この技術によ
る原子スケールの分解能が得られ、表面上の個々の原子
が可視的になる。
ル顕微鏡ははるかに小さなエネルギで動作するが、次に
走査トンネル顕微鏡の簡単な説明を行う。これにおいて
は、非常に鋭い金属チップが検査すべき表面を横切って
、チップの頂点の原子の電子の雲がチップに最も近い表
面領域上の原子の電子の雲とおだやかに接触する様な小
さな間隔でラスタ走査される。従って上記チップと表面
間に電位差が存在する時にギャップ間にトンネル電流が
流れる。このトンネル電流はチップと表面間の距離に依
存して指数的に変化するので、チップが探針の表面を横
切って走査する時に生ずる予定値からの偏差に基づいて
修正信号を発生するのに使用される。この修正信号を使
用してトンネルの距離を制御し、修正信号を最小にし、
又検査している表面上のチップの物理的位置から誘導さ
れる位置信号の関数としてグラフにする。この技術によ
る原子スケールの分解能が得られ、表面上の個々の原子
が可視的になる。
【０００５】走査トンネル顕微鏡はトンネル・ギャップ
を横切る電位差を必要とする。従って、トンネル・チッ
プと検査すべき表面はともに導電性の材料であるか、導
電性の材料で覆ったものでなければならない。
を横切る電位差を必要とする。従って、トンネル・チッ
プと検査すべき表面はともに導電性の材料であるか、導
電性の材料で覆ったものでなければならない。
【０００６】以上のような原理で、走査型トンネル顕微
鏡は、原子スケールの分解能が得られる。ここで扱う走
査型トンネル顕微鏡は、トンネル電流を一定にするよう
に探針をＰＺＴで駆動させ、試料表面をスキャンするも
のである。
鏡は、原子スケールの分解能が得られる。ここで扱う走
査型トンネル顕微鏡は、トンネル電流を一定にするよう
に探針をＰＺＴで駆動させ、試料表面をスキャンするも
のである。
【０００７】以下図面を参考にしながら、従来の走査型
トンネル顕微鏡の探針部の固定法について説明する。図
４は従来の走査型トンネル顕微鏡の探針固定部を示した
図である。図４において１は探針、２は探針１の探針ホ
ルダ、３は探針ホルダ２を固定する固定ブロック、４は
探針ホルダ２を押さえるためのバネ、５はバネ４の止め
ネジである。以上のように構成された走査型トンネル顕
微鏡の探針固定部の機能について説明する。探針１は試
料表面をスキャンするため、先端部は鋭敏とする必要が
ある。分解能は、おもに探針１の鋭さによる。そのため
補修の簡便さが必要である。又、試料表面を高速にスキ
ャンするために探針１の支持部に高い剛性が必要である
。
トンネル顕微鏡の探針部の固定法について説明する。図
４は従来の走査型トンネル顕微鏡の探針固定部を示した
図である。図４において１は探針、２は探針１の探針ホ
ルダ、３は探針ホルダ２を固定する固定ブロック、４は
探針ホルダ２を押さえるためのバネ、５はバネ４の止め
ネジである。以上のように構成された走査型トンネル顕
微鏡の探針固定部の機能について説明する。探針１は試
料表面をスキャンするため、先端部は鋭敏とする必要が
ある。分解能は、おもに探針１の鋭さによる。そのため
補修の簡便さが必要である。又、試料表面を高速にスキ
ャンするために探針１の支持部に高い剛性が必要である
。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、バネ４のみで探針ホルダ２を固定する
ので探針固定部まわりの剛性が低くなり、分解能の低下
、試料と探針１との接触する問題点を有していた。
ような構成では、バネ４のみで探針ホルダ２を固定する
ので探針固定部まわりの剛性が低くなり、分解能の低下
、試料と探針１との接触する問題点を有していた。
【０００９】又、一方で探針ホルダ２は常にバネ４から
力を受けているため、探針ホルダ２を交換するとき、探
針ホルダ２を装着する方向に大きな力がかかり、固定ブ
ロック３を支持しているＰＺＴが破壊されてしまう問題
点を有していた。
力を受けているため、探針ホルダ２を交換するとき、探
針ホルダ２を装着する方向に大きな力がかかり、固定ブ
ロック３を支持しているＰＺＴが破壊されてしまう問題
点を有していた。
【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、探針固定部に
剛性力があり、探針ホルダ２の着脱に余分な力がかから
ないような探針固定法を備えた走査型トンネル顕微鏡を
提供するものである。
剛性力があり、探針ホルダ２の着脱に余分な力がかから
ないような探針固定法を備えた走査型トンネル顕微鏡を
提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そして上記目的を達成す
るための本発明の走査型トンネル顕微鏡は、上記ホルダ
固定方法の替わりに、固定ブロックに探針ホルダを少な
くとも２ヶ所からバイメタルで押さえ、その留めの部分
にヒータを備えたものである。
るための本発明の走査型トンネル顕微鏡は、上記ホルダ
固定方法の替わりに、固定ブロックに探針ホルダを少な
くとも２ヶ所からバイメタルで押さえ、その留めの部分
にヒータを備えたものである。
【００１２】
【作用】本発明は上記した構成によって次のようになる
。
。
【００１３】すなわち、固定時には探針ホルダはバイメ
タルにより固定ブロックにしっかり留められた状態にあ
る。しかし、探針ホルダ交換時には留めの部分のヒータ
に通電する。バイメタルが温まると、バイメタルが変形
し探針ホルダを抑え込まない状態になり、探針ホルダの
出し入れに余分な力がかからなく、ＰＺＴを破壊するこ
ともなく円滑に探針ホルダを交換することができるよう
になる。
タルにより固定ブロックにしっかり留められた状態にあ
る。しかし、探針ホルダ交換時には留めの部分のヒータ
に通電する。バイメタルが温まると、バイメタルが変形
し探針ホルダを抑え込まない状態になり、探針ホルダの
出し入れに余分な力がかからなく、ＰＺＴを破壊するこ
ともなく円滑に探針ホルダを交換することができるよう
になる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。
説明する。
【００１５】図１は本発明の実施例に於ける探針固定部
回りの構成を示すものである。６は試料表面を操作する
探針、７は探針を支える探針ホルダ、１１は探針ホルダ
７をＶ字溝に固定する固定ブロック、８と８′は探針ホ
ルダ７を固定ブロック１１のＶ字溝に固定するバイメタ
ルであり、常温状態では固く固定するように働いている
。９と９′はバイメタメ８，８′を温める目的を持って
いるヒータである。
回りの構成を示すものである。６は試料表面を操作する
探針、７は探針を支える探針ホルダ、１１は探針ホルダ
７をＶ字溝に固定する固定ブロック、８と８′は探針ホ
ルダ７を固定ブロック１１のＶ字溝に固定するバイメタ
ルであり、常温状態では固く固定するように働いている
。９と９′はバイメタメ８，８′を温める目的を持って
いるヒータである。
【００１６】図２は本発明の実施例に於ける、探針固定
部回りを支え、微可動させている部分の構成図を示すも
のである。
部回りを支え、微可動させている部分の構成図を示すも
のである。
【００１７】図１で示した固定ブロック１１は互いに直
角な３方向から積層型のＰＺＴで支えられており、各々
微可動する方向に１２はＺ軸微動ＰＺＴ、１４はＸ軸微
動ＰＺＴ、１５はＹ軸微動ＰＺＴで支えている。Ｚ軸方
向は試料表面と探針との距離をｎｍオーダで合わせる必
要があり、Ｚ軸微動ＰＺＴ１２の底部には、粗動のため
のＺ軸粗動ＰＺＴがあり、２チャンネルで合わせるよう
になっている。
角な３方向から積層型のＰＺＴで支えられており、各々
微可動する方向に１２はＺ軸微動ＰＺＴ、１４はＸ軸微
動ＰＺＴ、１５はＹ軸微動ＰＺＴで支えている。Ｚ軸方
向は試料表面と探針との距離をｎｍオーダで合わせる必
要があり、Ｚ軸微動ＰＺＴ１２の底部には、粗動のため
のＺ軸粗動ＰＺＴがあり、２チャンネルで合わせるよう
になっている。
【００１８】図３は本発明の実施例における走査型トン
ネル顕微鏡のヘッド部の構成図を示すものである。
ネル顕微鏡のヘッド部の構成図を示すものである。
【００１９】１６は探針のアクチュエータ部を示し、図
２の構成内容になっている。１７は試料台を示し上下に
可変である。１８は探針のアクチュエータ部１６と試料
台１７からなる走査型トンネル顕微鏡のヘッド部であり
、防振装置を通して外界から支えられている。
２の構成内容になっている。１７は試料台を示し上下に
可変である。１８は探針のアクチュエータ部１６と試料
台１７からなる走査型トンネル顕微鏡のヘッド部であり
、防振装置を通して外界から支えられている。
【００２０】次に実施例の構成における動作を示す。先
ず、探針のアクチュエータ部１６はテトラポット状の形
状をしており、探針６が固定されている固定ブロック１
１をＸ，Ｙ，Ｚ方向にＰＺＴで微動させることができる
構造を持っている。試料と探針６との間をトンネル電流
が流れるｎｍのオーダーで保つようにＺ軸粗動ＰＺＴ１
３が動作するが、試料表面上を高速にスキャンするため
に、高速にＸ軸微動ＰＺＴ１４，Ｙ軸微動ＰＺＴ１５を
動作させる必要があり、またスキャン中に探針と試料表
面の距離を一定に保つようにＺ軸微動ＰＺＴ１２を応答
が遅れないように動作させる必要がある。そのために、
探針６固定を強くする必要がある。一方で、探針の先端
は鋭い状態でなくてはならないので探針６の交換を必要
とする。バイメタルを用いて交換時と非交換時のホール
ドの状態を変えることにより上記矛盾が解決される。
ず、探針のアクチュエータ部１６はテトラポット状の形
状をしており、探針６が固定されている固定ブロック１
１をＸ，Ｙ，Ｚ方向にＰＺＴで微動させることができる
構造を持っている。試料と探針６との間をトンネル電流
が流れるｎｍのオーダーで保つようにＺ軸粗動ＰＺＴ１
３が動作するが、試料表面上を高速にスキャンするため
に、高速にＸ軸微動ＰＺＴ１４，Ｙ軸微動ＰＺＴ１５を
動作させる必要があり、またスキャン中に探針と試料表
面の距離を一定に保つようにＺ軸微動ＰＺＴ１２を応答
が遅れないように動作させる必要がある。そのために、
探針６固定を強くする必要がある。一方で、探針の先端
は鋭い状態でなくてはならないので探針６の交換を必要
とする。バイメタルを用いて交換時と非交換時のホール
ドの状態を変えることにより上記矛盾が解決される。
【００２１】以上のように本実施例によれば、固定部ブ
ロック１１のＶ字溝に探針ホルダ７をバイメタル８，８
′で押さえ、留めの部分にヒータ９，９′を設けること
により、少なくとも２ヶ所以上からバイメタルで固定さ
れることになり、従来の方法より探針ホルダ固定部にお
ける剛性をあげることが出来た。コンパクトな方法で剛
性をあげた為、探針を可動する為の出力負荷が大きくな
らなかった利点もあった。
ロック１１のＶ字溝に探針ホルダ７をバイメタル８，８
′で押さえ、留めの部分にヒータ９，９′を設けること
により、少なくとも２ヶ所以上からバイメタルで固定さ
れることになり、従来の方法より探針ホルダ固定部にお
ける剛性をあげることが出来た。コンパクトな方法で剛
性をあげた為、探針を可動する為の出力負荷が大きくな
らなかった利点もあった。
【００２２】また、留めの部分のヒータ９，９′を通電
させることによりヒータ９，９′が発熱し、バイメタル
８，８′がその熱によりたわむ。たわむことによりバイ
メタル８，８′が探針ホルダ７を押さえる力が減少し、
探針ホルダ７をより少ない力で出し入れすることができ
るようになった。そのことにより従来に比べて、固定ブ
ロック１１を支持しているＰＺＴ１２，１４，１５の破
損がなくなった。
させることによりヒータ９，９′が発熱し、バイメタル
８，８′がその熱によりたわむ。たわむことによりバイ
メタル８，８′が探針ホルダ７を押さえる力が減少し、
探針ホルダ７をより少ない力で出し入れすることができ
るようになった。そのことにより従来に比べて、固定ブ
ロック１１を支持しているＰＺＴ１２，１４，１５の破
損がなくなった。
【００２３】
【発明の効果】以上のように本発明は、固定ブロックに
探針ホルダを少なくとも２ヶ所からバイメタルで押さえ
、その留めの部分にヒータを備えることにより、探針ホ
ルダ固定部の剛性が上がり、引いては走査型トンネル顕
微鏡の解像力の向上、探針と試料の接触の防止につなが
る。一方では、探針ホルダの出し入れには余分な力がか
からなくなり、固定ブロックを微動させるＰＺＴを破壊
することもなくなるようになる。
探針ホルダを少なくとも２ヶ所からバイメタルで押さえ
、その留めの部分にヒータを備えることにより、探針ホ
ルダ固定部の剛性が上がり、引いては走査型トンネル顕
微鏡の解像力の向上、探針と試料の接触の防止につなが
る。一方では、探針ホルダの出し入れには余分な力がか
からなくなり、固定ブロックを微動させるＰＺＴを破壊
することもなくなるようになる。
【図１】本発明の実施例における探針固定部回りの構成
図
図
【図２】本発明の実施例における探針固定部回りを支え
、微可動させている部分の構成図
、微可動させている部分の構成図
【図３】本発明の実施例における走査型トンネル顕微鏡
のヘッド部の構成図
のヘッド部の構成図
【図４】従来の探針固定部回りの構成図
６ 探針
７ ホルダ
８ バイメタル
９ ヒータ
１０ 止めねじ
１１ 固定ブロック
Claims (1)
- 【請求項１】 探針と探針を支える回転対称の探針ホ
ルダと互いに直交する３軸方向に微可動せしめるＰＺＴ
で支えられた固定ブロックと前記探針ホルダを前記固定
ブロックのＶ溝に固定するためのバイメタルとバイメタ
ルを温めおさえるための座がね状のヒーターとを備えて
いる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 |
|---|---|---|---|
| JP3131375A JPH04355304A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131375A JPH04355304A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355304A true JPH04355304A (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=15056475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131375A Pending JPH04355304A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04355304A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000258330A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Seiko Instruments Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131375A patent/JPH04355304A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000258330A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Seiko Instruments Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
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