JPH05203406A - Stm、fim及びmbe複合装置 - Google Patents
Stm、fim及びmbe複合装置Info
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- JPH05203406A JPH05203406A JP4032803A JP3280392A JPH05203406A JP H05203406 A JPH05203406 A JP H05203406A JP 4032803 A JP4032803 A JP 4032803A JP 3280392 A JP3280392 A JP 3280392A JP H05203406 A JPH05203406 A JP H05203406A
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- stm
- fim
- mbe
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- tunnel
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Links
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】垂直方向に極めて高い空間分解能を有する走査
型トンネル顕微鏡(STM)と、電界イオン顕微鏡(F
IM)と、分子線エピタキシ(MBE)装置とを組み合
わせた複合装置を提供する。 【構成】本発明の複合装置は、防振台30を具備し、F
IM14が取り付けられたSTM10及びMBE装置1
6が同一の防振台30に載置されていることを特徴とす
る。STM10内に備えられたトンネルユニット12
は、防振台の重心Gを通る垂直線上に配置されているこ
とが望ましい。
型トンネル顕微鏡(STM)と、電界イオン顕微鏡(F
IM)と、分子線エピタキシ(MBE)装置とを組み合
わせた複合装置を提供する。 【構成】本発明の複合装置は、防振台30を具備し、F
IM14が取り付けられたSTM10及びMBE装置1
6が同一の防振台30に載置されていることを特徴とす
る。STM10内に備えられたトンネルユニット12
は、防振台の重心Gを通る垂直線上に配置されているこ
とが望ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
(STM)、電界イオン顕微鏡(FIM)及び分子線エ
ピタキシ(MBE)装置から成る複合装置に関する。
(STM)、電界イオン顕微鏡(FIM)及び分子線エ
ピタキシ(MBE)装置から成る複合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】顕微鏡としてあるいは超微細加工技術に
おいて、近年、走査型トンネル顕微鏡(以下、STMと
略す)が注目を浴びている。STMの原理は、先端を鋭
く尖らせた金属製の探針を観察すべき試料に約1nmと
いう僅かな距離まで近づける。そして、その状態で探針
と試料の間に数V程度の電圧を印加し、流れるトンネル
電流を検出し、探針にフィードバックさせながら試料の
表面を走査する。移動する探針の動きやトンネル電流を
画像に変換すれば、試料の凹凸や電子状態を観察するこ
とができる。
おいて、近年、走査型トンネル顕微鏡(以下、STMと
略す)が注目を浴びている。STMの原理は、先端を鋭
く尖らせた金属製の探針を観察すべき試料に約1nmと
いう僅かな距離まで近づける。そして、その状態で探針
と試料の間に数V程度の電圧を印加し、流れるトンネル
電流を検出し、探針にフィードバックさせながら試料の
表面を走査する。移動する探針の動きやトンネル電流を
画像に変換すれば、試料の凹凸や電子状態を観察するこ
とができる。
【0003】STMの原子レベルの分解能は主として探
針先端の曲率半径に依存する。従って、探針の評価、調
製は極めて重要な課題である。STM内での探針の評
価、調製のために、FIMを組み込んだ複合型のFIM
−STMが、例えば、特開平3−185302号公報か
ら知られている。
針先端の曲率半径に依存する。従って、探針の評価、調
製は極めて重要な課題である。STM内での探針の評
価、調製のために、FIMを組み込んだ複合型のFIM
−STMが、例えば、特開平3−185302号公報か
ら知られている。
【0004】FIMの原理は、鋭く尖った針状試料に高
電界を発生させ、高電界中でのヘリウム原子のイオン化
という現象が電界強度に極めて敏感なことを利用して、
試料表面の原子スケールでの凹凸をスクリーンに拡大投
影するというものである。FIMを用いることによっ
て、探針の表面状態の原子配列を観察することができ
る。FIMとSTMを組み合わせると、探針の評価を行
うことができるばかりでなく、単原子の先端を有する探
針を電界蒸発によって調製することができる。電界蒸発
とは、探針の表面の電界強度を更に増加させると、探針
を構成する原子が1つ1つ探針表面からイオン化し離脱
する現象である。このように、FIMとSTMとが組み
合わされた複合装置においては、0.01nm程度の垂
直方向の空間分解能が達成されている。
電界を発生させ、高電界中でのヘリウム原子のイオン化
という現象が電界強度に極めて敏感なことを利用して、
試料表面の原子スケールでの凹凸をスクリーンに拡大投
影するというものである。FIMを用いることによっ
て、探針の表面状態の原子配列を観察することができ
る。FIMとSTMを組み合わせると、探針の評価を行
うことができるばかりでなく、単原子の先端を有する探
針を電界蒸発によって調製することができる。電界蒸発
とは、探針の表面の電界強度を更に増加させると、探針
を構成する原子が1つ1つ探針表面からイオン化し離脱
する現象である。このように、FIMとSTMとが組み
合わされた複合装置においては、0.01nm程度の垂
直方向の空間分解能が達成されている。
【0005】化合物半導体の超格子構造等の研究のため
に、MBE装置とSTMとを組み合わせた装置が、例え
ば、文献「化合物半導体表面研究用UHV−STM装置
の開発」、徳本洋志 他、電子技術総合研究所彙報第5
4巻第2号から知られている。この装置は、STMチャ
ンバ、MBEチャンバ及びロードロックチャンバから構
成されており、MBEチャンバ内で成膜、加熱処理され
た試料を、超高真空を保ちながら、STMチャンバに搬
送することができる。
に、MBE装置とSTMとを組み合わせた装置が、例え
ば、文献「化合物半導体表面研究用UHV−STM装置
の開発」、徳本洋志 他、電子技術総合研究所彙報第5
4巻第2号から知られている。この装置は、STMチャ
ンバ、MBEチャンバ及びロードロックチャンバから構
成されており、MBEチャンバ内で成膜、加熱処理され
た試料を、超高真空を保ちながら、STMチャンバに搬
送することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】現在までに、STMと
FIMとMBE装置とを組み合わせた複合装置は知られ
ていない。MBE装置とSTMとを組み合わせた装置に
おいては、STMはMBE装置の付属品程度の装置であ
り、STMの垂直方向の空間分解能は0.01〜0.0
5nm程度しかなく、満足すべき値とはいえない。
FIMとMBE装置とを組み合わせた複合装置は知られ
ていない。MBE装置とSTMとを組み合わせた装置に
おいては、STMはMBE装置の付属品程度の装置であ
り、STMの垂直方向の空間分解能は0.01〜0.0
5nm程度しかなく、満足すべき値とはいえない。
【0007】FIMとSTMを組み合わせた複合装置
は、前述のように極めて高い垂直方向の空間分解能を有
している。しかしながら、このような複合装置で、例え
ば超格子構造の解析を行う場合、別の場所にあるMBE
装置にて処理された試料を、可搬式の試料搬送用真空槽
を用いてSTMに搬送しなければならない。それ故、作
業が煩雑になる。しかも、その場観察ではないとして
も、MBE装置での処理直後に、超高真空を保持したま
ま汚染の無い試料を観察することができないという問題
もある。
は、前述のように極めて高い垂直方向の空間分解能を有
している。しかしながら、このような複合装置で、例え
ば超格子構造の解析を行う場合、別の場所にあるMBE
装置にて処理された試料を、可搬式の試料搬送用真空槽
を用いてSTMに搬送しなければならない。それ故、作
業が煩雑になる。しかも、その場観察ではないとして
も、MBE装置での処理直後に、超高真空を保持したま
ま汚染の無い試料を観察することができないという問題
もある。
【0008】従って、本発明の目的は、垂直方向に極め
て高い空間分解能を有するSTMと、FIMと、MBE
装置とを組み合わせた複合装置を提供することにある。
て高い空間分解能を有するSTMと、FIMと、MBE
装置とを組み合わせた複合装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】STMと、FIMと、M
BE装置とを単に組み合わせただけでは、外部からの振
動を防止するのに不十分である。それ故、本発明の複合
装置は、防振台を具備し、FIMが取り付けられたST
M及びMBE装置が同一の防振台に載置されていること
を特徴とする。STM内に備えられたトンネルユニット
は、防振台の重心を通る垂直線上に配置されていること
が望ましい。防振台は、例えば鉄板から作製することが
できる。かかる防振台は、複数の空気バネで支持されて
いる。また、トンネルユニットは、探針、探針走査機
構、試料ホルダー等から成る。
BE装置とを単に組み合わせただけでは、外部からの振
動を防止するのに不十分である。それ故、本発明の複合
装置は、防振台を具備し、FIMが取り付けられたST
M及びMBE装置が同一の防振台に載置されていること
を特徴とする。STM内に備えられたトンネルユニット
は、防振台の重心を通る垂直線上に配置されていること
が望ましい。防振台は、例えば鉄板から作製することが
できる。かかる防振台は、複数の空気バネで支持されて
いる。また、トンネルユニットは、探針、探針走査機
構、試料ホルダー等から成る。
【0010】
【作用】STMにおいて極めて高い空間分解能を保持す
るためには、FIMにて探針の評価、調製を行うことが
不可欠であり、しかも十分な防振対策を施すことが必須
である。また、超高真空状態を保持したまま、MBE装
置にて処理された試料をSTMへと汚染されることなく
搬送するためには、STMとMBE装置を超高真空に保
持された真空トンネルで連結する必要がある。本発明に
おいては、FIMがSTMに取り付けられており、探針
の評価、調製を容易に行うことができる。更に、STM
及びMBE装置が同一の防振台に載置されているので、
STMとMBE装置を真空トンネルで連結することがで
き、しかも複合装置は外部からの振動を受け難い構造と
することができる。
るためには、FIMにて探針の評価、調製を行うことが
不可欠であり、しかも十分な防振対策を施すことが必須
である。また、超高真空状態を保持したまま、MBE装
置にて処理された試料をSTMへと汚染されることなく
搬送するためには、STMとMBE装置を超高真空に保
持された真空トンネルで連結する必要がある。本発明に
おいては、FIMがSTMに取り付けられており、探針
の評価、調製を容易に行うことができる。更に、STM
及びMBE装置が同一の防振台に載置されているので、
STMとMBE装置を真空トンネルで連結することがで
き、しかも複合装置は外部からの振動を受け難い構造と
することができる。
【0011】STM内のトンネルユニットを防振台の重
心を通る垂直線上に配置することによって、より一層防
振効果を高めることができる。
心を通る垂直線上に配置することによって、より一層防
振効果を高めることができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の複合装置におけるSTM、
FIM及びMBE装置の配置を示す模式的な平面図であ
る。STM10及びMBE装置16は、鉄板から成る防
振台30に載置されている。防振台30は6つの空気バ
ネ32で支持されている。STM内に配置されたトンネ
ルユニット12は、防振台30の重心Gを通る垂直線上
に配置されている。STM10の側壁にFIM14が取
り付けられている。トンネルユニット12とFIM14
とは概ね同一平面内に配置されている。
FIM及びMBE装置の配置を示す模式的な平面図であ
る。STM10及びMBE装置16は、鉄板から成る防
振台30に載置されている。防振台30は6つの空気バ
ネ32で支持されている。STM内に配置されたトンネ
ルユニット12は、防振台30の重心Gを通る垂直線上
に配置されている。STM10の側壁にFIM14が取
り付けられている。トンネルユニット12とFIM14
とは概ね同一平面内に配置されている。
【0013】FIM14の取り付けられたSTM及びM
BE装置の重量が、それぞれ約500kg、約300k
gであるのに対して、防振台30は約3.5トンの重量
を有し、外部からの振動を各装置に伝え難い構造となっ
ている。
BE装置の重量が、それぞれ約500kg、約300k
gであるのに対して、防振台30は約3.5トンの重量
を有し、外部からの振動を各装置に伝え難い構造となっ
ている。
【0014】STM10とMBE装置16は真空トンネ
ル18で連結されている。真空トンネル18の所定の位
置にはゲートバルブ(図示せず)が配置されている。S
TM10とMBE装置16との間の試料ホルダーの移動
は、直進及び回転機能を有するマグネット結合方式のフ
ィードスルー機構20の先端に取り付けられたマニピュ
レータによって行うことができる。図1において、22
は中間ステーションであり、ここで試料ホルダーの移動
方向を変えることができる。真空トンネル18にはロー
ドロック室(図示せず)が取り付けられており、超高真
空を保持したまま、STM10あるいはMBE装置16
に試料を出し入れすることができる。
ル18で連結されている。真空トンネル18の所定の位
置にはゲートバルブ(図示せず)が配置されている。S
TM10とMBE装置16との間の試料ホルダーの移動
は、直進及び回転機能を有するマグネット結合方式のフ
ィードスルー機構20の先端に取り付けられたマニピュ
レータによって行うことができる。図1において、22
は中間ステーションであり、ここで試料ホルダーの移動
方向を変えることができる。真空トンネル18にはロー
ドロック室(図示せず)が取り付けられており、超高真
空を保持したまま、STM10あるいはMBE装置16
に試料を出し入れすることができる。
【0015】トンネルユニット12はSTMの鏡筒部の
頂部から長さ約100cmの吊りバネで吊り下げられて
いる。図2に、試料をSTMにて観察している状態のト
ンネルユニット12の側面図を示す。かかるトンネルユ
ニットは公知である。トンネルユニット12は、探針4
0、ピエゾ素子を含む探針走査機構42、試料ホルダー
保持部44、ストッパー46、試料ホルダー保持部移動
機構48から成る。尚、50は、防振のために設けられ
た、バイトンのOリングで仕切られた金属板スタックで
ある。試料は試料ホルダー52に取り付けられ、試料ホ
ルダー52は更に試料ホルダー保持部44に取り付けら
れている。
頂部から長さ約100cmの吊りバネで吊り下げられて
いる。図2に、試料をSTMにて観察している状態のト
ンネルユニット12の側面図を示す。かかるトンネルユ
ニットは公知である。トンネルユニット12は、探針4
0、ピエゾ素子を含む探針走査機構42、試料ホルダー
保持部44、ストッパー46、試料ホルダー保持部移動
機構48から成る。尚、50は、防振のために設けられ
た、バイトンのOリングで仕切られた金属板スタックで
ある。試料は試料ホルダー52に取り付けられ、試料ホ
ルダー52は更に試料ホルダー保持部44に取り付けら
れている。
【0016】図3に、FIMを作動させたときのトンネ
ルユニット12及びFIM14の側面図を示す。かかる
FIMも周知である。FIM14は、直進及び回転機能
を有するマグネット結合方式のフィードスルー機構20
Aの先端に取り付けられている。外部からフィードスル
ー機構20Aを操作することによって、FIM14を探
針40の上方に移動させる。探針走査機構42にはピエ
ゾ素子が含まれているため、FIMに必要な高電圧(2
〜8kV)を探針40に直接印加することはできない。
それ故、負電極60がFIM14に設けられている。F
IM14は、シェブロン型チャンネルプレート及びスク
リーン62から更に成る。試料ホルダー保持部44は、
試料ホルダー保持部移動機構48を下げることによっ
て、探針40から遠ざけられている。負電極60に数k
Vの負電圧を印加することによって、電界イオン化及び
電界蒸発に必要な電界を生じさせ、FIM14にて探針
40の先端を観察しながら、電界蒸発によって単原子あ
るいは数原子のクラスターから成る先端を有する探針を
調製することができる。
ルユニット12及びFIM14の側面図を示す。かかる
FIMも周知である。FIM14は、直進及び回転機能
を有するマグネット結合方式のフィードスルー機構20
Aの先端に取り付けられている。外部からフィードスル
ー機構20Aを操作することによって、FIM14を探
針40の上方に移動させる。探針走査機構42にはピエ
ゾ素子が含まれているため、FIMに必要な高電圧(2
〜8kV)を探針40に直接印加することはできない。
それ故、負電極60がFIM14に設けられている。F
IM14は、シェブロン型チャンネルプレート及びスク
リーン62から更に成る。試料ホルダー保持部44は、
試料ホルダー保持部移動機構48を下げることによっ
て、探針40から遠ざけられている。負電極60に数k
Vの負電圧を印加することによって、電界イオン化及び
電界蒸発に必要な電界を生じさせ、FIM14にて探針
40の先端を観察しながら、電界蒸発によって単原子あ
るいは数原子のクラスターから成る先端を有する探針を
調製することができる。
【0017】MBE装置には、試料加熱装置、蒸発源セ
ル、シャッタ板、試料ホルダー保持部、ビームフラック
スモニタ等、各種の公知の装置が取り付けられている。
MBE装置にはRHEED装置が取り付けられている。
ル、シャッタ板、試料ホルダー保持部、ビームフラック
スモニタ等、各種の公知の装置が取り付けられている。
MBE装置にはRHEED装置が取り付けられている。
【0018】STM10に、蒸着源、各種ガス導入部を
取り付けることによって、種々の試料前処理を行うこと
ができる。STM10、MBE装置16、真空トンネル
20は、それぞれ、適切な排気量のイオンポンプ、チタ
ン・サブリメーションポンプ、分子ターボポンプ等によ
って、5×10@-@9Pa以下、1×10@-@8Pa以下、
5×10@-@8Pa以下の超高真空に保持されることが望
ましい。
取り付けることによって、種々の試料前処理を行うこと
ができる。STM10、MBE装置16、真空トンネル
20は、それぞれ、適切な排気量のイオンポンプ、チタ
ン・サブリメーションポンプ、分子ターボポンプ等によ
って、5×10@-@9Pa以下、1×10@-@8Pa以下、
5×10@-@8Pa以下の超高真空に保持されることが望
ましい。
【0019】本発明の複合装置を使用してSi(11
0)表面の観察を行った。その結果、STMとMBE装
置を複合化してもSTMの像分解能に影響がなく、ST
Mの水平方向及び垂直方向の分解能を極めて高い値に維
持し得ることが判明した。
0)表面の観察を行った。その結果、STMとMBE装
置を複合化してもSTMの像分解能に影響がなく、ST
Mの水平方向及び垂直方向の分解能を極めて高い値に維
持し得ることが判明した。
【0020】
【発明の効果】本発明においては、FIMがSTMに取
り付けられており、探針の評価、調製を容易に行うこと
ができる。更に、STM及びMBE装置が同一の防振台
に載置されているので、STMとMBE装置を真空トン
ネルで連結することができ、しかも複合装置は外部から
の振動を受け難い構造とすることができる。
り付けられており、探針の評価、調製を容易に行うこと
ができる。更に、STM及びMBE装置が同一の防振台
に載置されているので、STMとMBE装置を真空トン
ネルで連結することができ、しかも複合装置は外部から
の振動を受け難い構造とすることができる。
【0021】STM内のトンネルユニットを防振台の重
心を通る垂直線上に配置することによって、より一層防
振効果を高めることができ、これによってSTMの垂直
方向の分解能として0.005nmを得ることができ
た。STM内のトンネルユニットを防振台の重心を通る
垂直線上に配置しない場合には、STMの垂直方向の分
解能は0.05nm程度であった。
心を通る垂直線上に配置することによって、より一層防
振効果を高めることができ、これによってSTMの垂直
方向の分解能として0.005nmを得ることができ
た。STM内のトンネルユニットを防振台の重心を通る
垂直線上に配置しない場合には、STMの垂直方向の分
解能は0.05nm程度であった。
【図1】本発明のFIMが取り付けられたSTM及びM
BE装置の配置を示す模式的な平面図である。
BE装置の配置を示す模式的な平面図である。
【図2】STMにて試料を観察している状態におけるト
ンネルユニットの側面図である。
ンネルユニットの側面図である。
【図3】FIMが作動状態にあるときのトンネルユニッ
ト及びFIMの側面図である。
ト及びFIMの側面図である。
10 STM 12 トンネルユニット 14 FIM 16 MBE装置 18 真空トンネル 20,20A フィードスルー機構 30 防振台 32 空気バネ
Claims (2)
- 【請求項1】電界イオン顕微鏡のとりつけられた走査型
トンネル顕微鏡、及び分子線エピタキシ装置から成り、
防振台を具備した複合装置であって、電界イオン顕微鏡
が取り付けられた走査型トンネル顕微鏡と分子線エピタ
キシ装置が同一の防振台に載置されていることを特徴と
する複合装置。 - 【請求項2】走査型トンネル顕微鏡にはトンネルユニッ
トが備えられ、該トンネルユニットは防振台の重心を通
る垂直線上に配置されていることを特徴とする請求項1
に記載の複合装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4032803A JPH05203406A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | Stm、fim及びmbe複合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4032803A JPH05203406A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | Stm、fim及びmbe複合装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05203406A true JPH05203406A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=12369004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4032803A Pending JPH05203406A (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | Stm、fim及びmbe複合装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05203406A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0936291A1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-08-18 | National Research Institute For Metals | Crystal growth observing apparatus |
CN104749325A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-01 | 清华大学 | 原位输运性质测量方法 |
-
1992
- 1992-01-24 JP JP4032803A patent/JPH05203406A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0936291A1 (en) * | 1997-12-10 | 1999-08-18 | National Research Institute For Metals | Crystal growth observing apparatus |
CN104749325A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-01 | 清华大学 | 原位输运性质测量方法 |
CN104749325B (zh) * | 2015-04-13 | 2016-09-21 | 清华大学 | 原位输运性质测量方法 |
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