JPH0526614A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】試料の急峻な段差に対応して、探針又は試料を
破損しないようにして、比較的高速に探針走査を行える
ようにすること。 【構成】比例積分制御回路８の積分器５１の第１の抵抗
Ｒ１と並列に、第１のダイオードＤ１と第７の抵抗Ｒ７
を接続する。探針２と試料３が基準より近づき、偏差信
号Ｓ４が０．７Ｖ以上となると、第１のダイオードＤ１
及び第７の抵抗Ｒ７を介して、第１のコンデンサＣ１に
電荷が蓄積される。よって、積分制御信号Ｓ７の電圧
は、急激に負電圧側へ変化し、探針２と試料３を遠ざけ
るように動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
や原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡に係り、特
に、そのサーボ出力の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）
や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）
等の走査型プローブ顕微鏡は、原子スケールの分解能を
持つ顕微鏡として利用が進んでいる。

【０００３】例えば、上記ＳＴＭは、探針の先端半径を
１００ｎｍ程度にし、導電性試料に１ｎｍ程度接近した
状態で、探針・試料間に数Ｖの電圧を印加すると、探針
の先端原子一個と試料の最接近原子との間に数ｎＡのト
ンネル電流が得られ、そのトンネル電流は探針と試料間
の距離の増大変化に対して対数的に減少するということ
を利用しているものである。

【０００４】このようなＳＴＭでは、探針を試料表面に
沿って相対的に走査した時の試料の凹凸に対応して、探
針・試料間の距離を一定とするように、トンネル電流サ
ーボ回路出力により、試料又は探針を駆動する圧電素子
を制御している。

【０００５】ＳＴＭの開発初期にあっては、試料として
のカーボンやＳｉ等の単純な原子構造体に於いて、原子
配列を視察できることを特徴としていた。ところが、こ
のＳＴＭのサーボ技術によって、ｎｍスケールの構造を
もつ試料である光ディスクのピット構造等に対しても３
次元像を得ることが可能となり、これは、光学顕微鏡や
電子顕微鏡にない有効性を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなｎｍスケー
ルの構造物に対しては、探針の走査範囲を数μｍ² まで
拡大する要求が大であり、また上下方向（Ｚ方向）の変
化の範囲も大きくなる。

【０００７】しかしながら、ＳＴＭ画像の一画面生成の
時間を従来のＳＴＭ像と同等の数１０秒とすると、当然
探針の相対速度は１０数倍とする必要があり、そのた
め、探針が試料の凹凸に忠実に応答させるためには、サ
ーボの応答周波数のカットオフを高くしなければならな
い。

【０００８】また、上下方向の変化、特に急峻な試料の
段差があると、高速なサーボ応答が要求され、それを満
たさないと、探針の試料段差との衝突が生じてしまう。
一方、ＳＴＭの探針微動機構に用いている圧電素子は固
有振動数を持っているため、サーボゲインの帯域を容易
に高くすると、圧電素子が共振し、サーボ回路を不安定
にしてしまう恐れがある。このようなことは、ＳＴＭに
限らず、上記ＡＦＭやＭＦＭ等、全ての走査型プローブ
顕微鏡に於いていえることである。

【０００９】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
で、上下方向の探針の変化のうち、急峻な段差に対応し
て、探針又は試料を破損しないようにして、比較的高速
に探針走査を行える走査型プローブ顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明による走査型プローブ顕微鏡は、探
針と試料間の距離を一定にする様にトンネル電流を用い
たサーボ回路を作動させながら試料面を走査し、３次元
像を出力する走査型トンネル顕微鏡であって、サーボ回
路の帰還部に、上記トンネル電流が急峻に増加する方向
を検出し、この検出がなされた瞬間にのみサーボ出力を
高めるトンネル電流対応特性変更手段を備えている。

【００１１】ここで、上記サーボ回路は、上記トンネル
電流の基準値からの偏差を検出して偏差信号を出力する
偏差検出手段と、この偏差検出手段からの偏差信号を積
分して積分制御信号を出力する積分器と、上記偏差検出
手段からの偏差信号を反転増幅して比例制御信号を出力
する反転増幅器と、上記積分器からの積分制御信号と上
記反転増幅器からの比例制御信号とを加算して上記探針
の駆動信号を出力する加算器とを有し、上記トンネル電
流対応特性変更手段は、上記積分器及び反転増幅器の少
なくとも一方に設けられた電流方向性を持つ素子を含ん
でいる。

【００１２】特に、上記積分器は、反転入力端子が上記
偏差検出手段からの偏差信号を第１の抵抗を介して受け
るように接続されると共に非反転端子が基準電圧端子に
接続され且つ出力端子が上記積分制御信号を上記加算器
に供給するように接続されたオペアンプと、このオペア
ンプの反転入力端子と出力端子との間に接続されたコン
デンサとを含み、上記トンネル電流対応特性変更手段
は、上記第１の抵抗に並列に接続された、上記電流方向
性を持つ素子と第２の抵抗との直列回路を含み、上記電
流方向性を持つ素子は、アノードが上記偏差検出手段か
らの偏差信号を受けるように上記第１の抵抗の一端に接
続され、カソードが上記第２の抵抗の一端に接続された
ダイオードを含んでいる。

【００１３】また、上記反転増幅器は、反転入力端子が
上記偏差検出手段からの偏差信号を第１の抵抗を介して
受けるように接続されると共に非反転端子が基準電圧端
子に接続され且つ出力端子が上記比例制御信号を上記加
算器に供給するように接続されたオペアンプと、このオ
ペアンプの反転入力端子と出力端子との間に接続された
コンデンサと、このコンデンサと並列に接続された第２
の抵抗とを含み、上記トンネル電流対応特性変更手段
は、上記第１の抵抗に並列に接続された、上記電流方向
性を持つ素子と第３の抵抗との直列回路を含み、上記電
流方向性を持つ素子は、アノードが上記偏差検出手段か
らの偏差信号を受けるように上記第１の抵抗の一端に接
続され、カソードが上記第３の抵抗の一端に接続された
ダイオードを含んでいる。

【００１４】また、本発明による走査型プローブ顕微鏡
は、自由端側に尖鋭な探針を有し、この探針を試料表面
に対して相対走査した際に上記探針と試料との間に働く
力により弾性変位するカンチレバーと、上記カンチレバ
ーの変位を検出するカンチレバー変位検出手段と、上記
カンチレバー変位検出手段の出力信号を一定に保つべ
く、上記試料と探針との間隔を制御するサーボ手段とを
具備し、上記サーボ手段のサーボ信号を上記相対走査信
号と同期して取り込み、上記試料の表面情報を得る走査
型プローブ顕微鏡であって、上記サーボ手段の帰還部
に、上記カンチレバー変位検出手段の出力信号が急峻に
増加する方向を検出し、この検出がなされた瞬間にの
み、サーボ出力を高めるサーボ特性変更手段を備えてい
る。

【００１５】

【作用】即ち、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、上下
方向の探針の変化のうち、急峻な段差に対応して、サー
ボゲインを高められるようにサーボ回路のトンネル電流
あるいはカンチレバー変位検出手段の出力信号が増加す
る方向のフィードバック要素に電流方向性を持つダイオ
ード等の素子を組込むことにより、サーボ特性を改良し
たものである。つまり、探針が比較的高速に試料表面を
走査して、試料凹凸を探針が検出したトンネル電流ある
いはカンチレバー変位検出手段の出力信号の変化は、通
常は、なだらかになり、所定のサーボゲインで安定に制
御されるが、試料の急峻な部分に対し探針が急激に接近
する瞬間が生じるとトンネル電流あるいは上記出力信号
が急峻に増加し、この増加する方向を検出して、その検
出出力によりその瞬間にのみサーボ出力を高め圧電素子
に出力し、探針と試料間の距離を遠ざける。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て説明する。

【００１７】図１の（Ａ）は、本発明の走査型プローブ
顕微鏡の第１の実施例としての走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）のサーボ回路のブロック構成図である。圧電
体１は、正電圧を印加するとＺ方向に縮むＺ方向微動機
構で、その先端には、試料３との間にトンネル電流を流
す探針２が設けられている。この探針２より得られるト
ンネル電流信号Ｓ１は、プリアンプ４によってトンネル
電流電圧信号Ｓ２にＩ／Ｖ変換される。トンネル電流電
圧信号Ｓ２は対数アンプ５により、対数変換された電圧
信号となり、差動アンプ７の非反転入力端子へ入力され
る。差動アンプ７の反転入力端子には基準電圧発生回路
６から出力される基準信号Ｓ３が入力され、トンネル電
流が基準値よりも流れた場合、即ち、探針２と試料３が
近づき過ぎた場合、差動アンプ７より出力される偏差信
号Ｓ４が正となる。制御回路８は、図１の（Ｂ）に示す
ような比例積分制御回路で構成されており、偏差信号Ｓ
４が正の場合、その出力であるＺ方向駆動信号Ｓ５は、
その電圧が正側へ増加し、圧電体１を縮める様に動作さ
せる。この動作により、探針２と試料３は遠ざかり、ト
ンネル電流は基準値に近づく。

【００１８】制御回路８は、図１の（Ｂ）に示すよう
に、差動アンプ７からの偏差信号Ｓ４を積分して積分制
御信号Ｓ７を出力する積分器８１と、上記差動アンプ７
からの偏差信号Ｓ４を反転増幅して比例制御信号Ｓ８を
出力する反転増幅器８２と、上記積分器８１からの積分
制御信号Ｓ７と上記反転増幅器８２からの比例制御信号
Ｓ８とを加算して上記Ｚ方向駆動信号Ｓ５を出力する加
算器８３とを有している。

【００１９】上記積分器８１は、反転入力端子が上記差
動アンプ７からの偏差信号Ｓ４を第１の抵抗Ｒ１を介し
て受けるように接続されると共に非反転端子が基準電圧
端子に接続され且つ出力端子が上記積分制御信号Ｓ７を
上記加算器８３に供給するように接続された第１のオペ
アンプＯＰ１と、このオペアンプＯＰ１の反転入力端子
と出力端子との間に接続された第１のコンデンサＣ１と
で構成されている。

【００２０】また、上記反転増幅器８２は、反転入力端
子が上記差動アンプ７からの偏差信号Ｓ４を第２の抵抗
Ｒ２を介して受けるように接続されると共に非反転端子
が基準電圧端子に接続され且つ出力端子が上記比例制御
信号Ｓ８を上記加算器８３に供給するように接続された
第２のオペアンプＯＰ２と、このオペアンプＯＰ２の反
転入力端子と出力端子との間に接続された第２のコンデ
ンサＣ２と、このコンデンサＣ２と並列に接続された第
３の抵抗Ｒ３とで構成されている。

【００２１】上記加算器８３は、反転入力端子が、上記
積分器８１からの積分制御信号Ｓ７を第４の抵抗Ｒ４を
介して受けると共に、上記反転増幅器８２からの比例制
御信号Ｓ８を第５の抵抗Ｒ５を介して受けるように接続
され、非反転端子が基準電圧端子に接続され、且つ出力
端子が上記Ｚ方向駆動信号Ｓ５を上記圧電体１に供給す
るように接続された第３のオペアンプＯＰ３と、このオ
ペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子との間に接続
された第６の抵抗Ｒ６とで構成されている。

【００２２】そして、本発明の第１の実施例に於いて
は、比例積分制御回路８の積分器５１の第１の抵抗Ｒ１
と並列に、第１のダイオードＤ１と第７の抵抗Ｒ７を接
続した構成とした点に特徴を有するものである。

【００２３】このような構成に於いては、探針２と試料
３が基準より近づくと、偏差信号Ｓ４は、正電圧とな
る。そしてこの偏差信号Ｓ４が、０．７Ｖ以上となる
と、従来の積分器と同様に第１の抵抗Ｒ１を介して、第
１のコンデンサＣ１に電荷が蓄積されるのに加えて、本
実施例では、第１のダイオードＤ１及び第７の抵抗Ｒ７
を介して、この第１のコンデンサＣ１に電荷が蓄積され
る。よって、積分制御信号Ｓ７の電圧は、急激に負電圧
側へ変化し、探針２と試料３を遠ざけるように動作す
る。

【００２４】次に、探針２と試料３が基準より遠ざかる
と、上記偏差信号Ｓ４は、負電圧となる。すると、第１
のコンデンサＣ１に蓄積されていた電荷が第１の抵抗Ｒ
１を介して放電され、積分制御信号Ｓ７の電圧は正電圧
側へ変化して、探針２と試料３を近づけるように動作す
る。この時、第１のダイオードＤ１によって、第７の抵
抗Ｒ７を介しての放電が阻止されるため、積分制御信号
Ｓ７の正電圧側への変化は、負電圧側への変化に対し
て、ゆるやかになる。即ち、探針２と試料３を遠ざける
方向の動作は急激で、近づける方向の動作はゆるやかに
なる。

【００２５】図１の（Ｂ）の構成によるＧａｉｎ−ｆ特
性は、近づける方向の特性は図２の（Ａ）中の直線Ａ、
遠ざける方向の特性は図２の（Ａ）中の直線Ｂで示すよ
うになる。ここで、第７の抵抗Ｒ７の値を小さくするほ
ど直線Ｂの特性直線は、図中、上へ移動しゲインが高く
なる。

【００２６】図２の（Ｂ）は、本発明の第２の実施例の
構成を示す図である。本実施例では、図１の（Ｂ）に示
したように積分器８１にダイオードと抵抗の直列回路を
設ける代わりに、反転増幅器５２の第２の抵抗Ｒ２と並
列に第２のダイオードＤ２と第８の抵抗Ｒ８を接続した
構成とした点に特徴を有するものである。

【００２７】このような構成とした場合、探針２と試料
３が基準より近づくと、上記偏差信号Ｓ４は正電圧とな
る。そして、この偏差信号Ｓ４が０．７Ｖ以上となる
と、従来の反転増幅回路と同様に第２の抵抗Ｒ２を介し
て第３の抵抗Ｒ３へ流れる電流に加えて、本実施例で
は、第２のダイオードＤ２及び第８の抵抗Ｒ８を介して
も、上記第３の抵抗Ｒ３へ電流が流れる。よって、比例
制御信号Ｓ８の電圧は、急激に負電圧側へ変化し、探針
２と試料３を遠ざけるように動作する。

【００２８】次に、探針２と試料３が基準より遠ざかる
と、上記偏差信号Ｓ４は、負電圧となる。すると、第３
の抵抗Ｒ３から第２の抵抗Ｒ２へ電流が流れ、比例制御
信号Ｓ８の電圧は正電圧側へ変化し、探針２と試料３を
近づけるように動作する。このとき、第２のダイオード
Ｄ２によって、第３の抵抗Ｒ３から第８の抵抗Ｒ８への
電流が阻止されるため、比例制御信号Ｓ８の正電圧側へ
の変化は負電圧側への変化に対してゆるやかになる。即
ち、探針２と試料３を遠ざける方向の動作は急激で、近
づける方向の動作はゆるやかになる。

【００２９】図２の（Ｂ）の構成によるＧａｉｎ−ｆ特
性は、近づける方向の特性は図２の（Ａ）中の曲線Ｃ、
遠ざける方向の特性は図２の（Ａ）中の曲線Ｄとなる。
ここで、第８の抵抗Ｒ８の値を小さくするほど曲線Ｄの
特性曲線はグラフの上方向へ移動し、ゲインが高くな
る。

【００３０】図２の（Ｃ）は、本発明の第３の実施例に
於ける制御回路８によって凹凸のある試料３を高速走査
した場合の探針２の軌跡を示したものである。即ち、こ
の第３の実施例は、前述した第１及び第２の実施例の両
構成を使用するもので、つまり積分器８１に第１のダイ
オードＤ１と第７の抵抗Ｒ７の直列回路を設け且つ反転
増幅器８２には第２のダイオードＤ２と第８の抵抗Ｒ８
の直列回路を設けた場合である。このような構成とすれ
ば、図２の（Ｃ）に見られるように、第１の実施例の効
果により大きな段差にも十分応答し、また第２の実施例
の効果により小さな段差にも、位相遅れなしに応答する
ことができる。

【００３１】図３の（Ａ）は、本発明の第４の実施例に
適用される退避偏差信号発生回路９０のブロック構成図
である。これは、通常のサーボと、探針２を引き上げる
動作のサーボのサーボゲインを独立に切り換えることを
目的とした回路である。

【００３２】この退避偏差信号発生回路９０は、図１の
（Ａ）に示す偏差信号（Ｓ４）を入力として、プログラ
マブルゲインアンプ９１で任意に増幅した増幅偏差信号
Ｓ１０１を出力する系と、入力信号である偏差信号Ｓ４
と退避用基準電圧発生回路９２からの退避基準信号Ｓ１
０２を、プログラマブル差動増幅アンプ９３で、任意に
差動増幅した退避偏差信号Ｓ１０３を出力する系とで成
っている。これら各信号Ｓ４，Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ
１０３の信号波形は、図３の（Ｂ）乃至（Ｄ）に示すよ
うな関係となる。

【００３３】図４の（Ａ）は上記のような退避偏差信号
発生回路９０を用いた積分器８１、図４の（Ｂ）は上記
のような退避偏差信号発生回路９０を用いた反転増幅器
８２の構成を示す図である。これらの図に示すように、
本第４の実施例では、第１，第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２及び
第１，第２のダイオードＤ１，Ｄ２に偏差信号Ｓ４を直
接与える代わりに、この偏差信号Ｓ４を基に退避偏差信
号発生回路９０で発生された増幅偏差信号１０１及び退
避偏差信号１０３を与えるようにしている。

【００３４】このような構成の積分器８１及び反転増幅
器８２を並列に構成した制御回路８でもってＳＴＭ測定
した際の探針２の軌跡は、図４の（Ｃ）に示すようにな
る。即ち、Ｐ点からＱ点の区間は、偏差信号Ｓ４が退避
基準信号Ｓ１０２を上回って、退避方向のサーボゲイン
が高くなっているため、探針２は試料３に衝突せずに、
走査される。

【００３５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第５
の実施例に於ける積分器８１及び反転増幅器８２の構成
を示す図である。本第５の実施例では、前述した第４の
実施例に於ける第１及び第２のダイオードＤ１，Ｄ２を
半波整流回路１００に置き換えたものである。このよう
な構成の積分器８１及び反転増幅器８２を並列に構成し
た制御回路８でもってＳＴＭ測定すれば、前述の第４の
実施例と同等の効果を奏することができる。なお、半波
整流回路１００の出力である整流退避偏差信号Ｓ１０４
は、図３の（Ｂ）に示すような偏差信号Ｓ４の場合、図
３の（Ｅ）に示すようになる。以上の説明は、ＳＴＭに
関してのみ行なってきたが、本発明はこれに限定される
ものではない。例えば、図５の（Ｃ）は、本発明の第６
の実施例としての原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のサーボ回
路を示す図である。

【００３６】この図に於いて、カンチレバー１１０は、
自由端側に尖鋭な探針（チップ）を有し、この探針を試
料３表面に対して相対走査した際に上記探針と試料３と
の間に働く力により弾性変位するものである。このカン
チレバー１１０の変位は、変位検出センサ１１１で検出
され、この変位検出センサ１１１の検出出力は、センサ
アンプ１１２によって変位信号Ｓ１０５に変換されて、
差動アンプ７の非反転入力端子へ入力される。差動アン
プ７の反転入力端子には、基準電圧発生回路６から出力
される基準信号Ｓ３が入力され、変位信号Ｓ１０５が基
準値よりも流れた場合、即ち、カンチレバー１１０上の
探針と試料３が近づき過ぎた場合、差動アンプ７より出
力される偏差信号Ｓ４が正となる。この偏差信号Ｓ４
は、前述したような第１乃至第５の実施例で説明した制
御回路８に供給される。そして、この制御回路８は、前
述したように、偏差信号Ｓ４が正の場合、その出力であ
るＺ方向駆動信号Ｓ５の電圧が正側へ増加し、圧電体１
を縮める様に動作させる。この動作により、探針と試料
３は遠ざかる。

【００３７】また、鉄，ニッケル箔等からなる強磁性体
探針を使用し、磁性体試料と探針との間に働く磁気的な
力を検出し、磁性体試料表面を高分解能で観察する磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）のサーボ回路に於いても、同様に適
用可能である。その他、種々の走査型プローブ顕微鏡に
於いても、同様に適用可能である。

【００３８】以上のように、試料と探針を遠ざける方向
のゲインを近づける方向のゲインよりも高く設定するサ
ーボ回路を設けたため、探針と試料を衝突させずに、高
速な測定が可能な走査型プローブ顕微鏡とすることがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上下方向の探針の変化のうち、試料の急峻な段差に対応
して、探針又は試料を破損しないようにして、比較的高
速に探針走査を行える走査型プローブ顕微鏡を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の走査型プローブ顕微鏡の第１
の実施例に係る走査型トンネル顕微鏡のサーボ回路のブ
ロック構成図であり、（Ｂ）は図１の（Ａ）中の制御回
路の詳細な回路構成図である。

【図２】（Ａ）は本発明の第１及び第２の実施例に於け
るＧａｉｎ−ｆ特性のグラフであり、（Ｂ）は本発明の
第２の実施例に於ける制御回路の詳細な回路構成図であ
り、（Ｃ）は本発明の第３の実施例に於ける制御回路に
よって凹凸のある試料を高速走査した場合の探針の軌跡
を示す図である。

【図３】（Ａ）は退避偏差信号発生回路のブロック構成
図、（Ｂ）乃至（Ｄ）はそれぞれ（Ａ）の退避偏差信号
発生回路の各部の信号波形を示す図であり、（Ｅ）は図
５の（Ａ）及び（Ｂ）中の半波整流回路の出力波形を示
す図である。

【図４】（Ａ）は本発明の第４の実施例に於ける積分器
のブロック構成図、（Ｂ）は本発明の第４の実施例に於
ける反転増幅器のブロック構成図、（Ｃ）は本発明の第
４の実施例に於ける制御回路によって凹凸のある試料を
高速走査した場合の探針の軌跡を示す図である。

【図５】（Ａ）は本発明の第５の実施例に於ける積分器
のブロック構成図、（Ｂ）は本発明の第５の実施例に於
ける反転増幅器のブロック構成図、（Ｃ）は本発明の走
査型プローブ顕微鏡の第６の実施例に係る原子間力顕微
鏡のサーボ回路のブロック構成図である。

【符号の説明】

１…圧電体、２…探針、３…試料、４…プリアンプ、５
…対数アンプ、６…基準電圧発生回路、７…差動アン
プ、８…制御回路、８１…積分器、８２…反転増幅器、
８３…加算器、９０…退避偏差信号発生回路、１００…
半波整流回路、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…オペアンプ、
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探針と試料間の距離を一定にする様にト
   ンネル電流を用いたサーボ回路を作動させながら試料面
   を走査し、３次元像を出力する走査型プローブ顕微鏡に
   於いて、 上記サーボ回路の帰還部に、上記トンネル電流が急峻に
   増加する方向を検出し、この検出がなされた瞬間にのみ
   サーボ出力を高めるトンネル電流対応特性変更手段を具
   備したことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
2. 【請求項２】 上記サーボ回路は、上記トンネル電流の
   基準値からの偏差を検出して偏差信号を出力する偏差検
   出手段と、この偏差検出手段からの偏差信号を積分して
   積分制御信号を出力する積分器と、上記偏差検出手段か
   らの偏差信号を反転増幅して比例制御信号を出力する反
   転増幅器と、上記積分器からの積分制御信号と上記反転
   増幅器からの比例制御信号とを加算して上記探針の駆動
   信号を出力する加算器とを有し、 上記トンネル電流対応特性変更手段は、上記積分器及び
   反転増幅器の少なくとも一方に設けられた電流方向性を
   持つ素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査
   型プローブ顕微鏡。
3. 【請求項３】 上記積分器は、反転入力端子が上記偏差
   検出手段からの偏差信号を第１の抵抗を介して受けるよ
   うに接続されると共に非反転端子が基準電圧端子に接続
   され且つ出力端子が上記積分制御信号を上記加算器に供
   給するように接続されたオペアンプと、このオペアンプ
   の反転入力端子と出力端子との間に接続されたコンデン
   サとを含み、 上記トンネル電流対応特性変更手段は、上記第１の抵抗
   に並列に接続された、 上記電流方向性を持つ素子と第２の抵抗との直列回路を
   含み、 上記電流方向性を持つ素子は、アノードが上記偏差検出
   手段からの偏差信号を受けるように上記第１の抵抗の一
   端に接続され、カソードが上記第２の抵抗の一端に接続
   されたダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記
   載の走査型プローブ顕微鏡。
4. 【請求項４】 上記反転増幅器は、反転入力端子が上記
   偏差検出手段からの偏差信号を第１の抵抗を介して受け
   るように接続されると共に非反転端子が基準電圧端子に
   接続され且つ出力端子が上記比例制御信号を上記加算器
   に供給するように接続されたオペアンプと、このオペア
   ンプの反転入力端子と出力端子との間に接続されたコン
   デンサと、このコンデンサと並列に接続された第２の抵
   抗とを含み、 上記トンネル電流対応特性変更手段は、上記第１の抵抗
   に並列に接続された、 上記電流方向性を持つ素子と第３の抵抗との直列回路を
   含み、 上記電流方向性を持つ素子は、アノードが上記偏差検出
   手段からの偏差信号を受けるように上記第１の抵抗の一
   端に接続され、カソードが上記第３の抵抗の一端に接続
   されたダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記
   載の走査型プローブ顕微鏡。
5. 【請求項５】 上記サーボ回路は、上記トンネル電流の
   基準値からの偏差を検出して偏差信号を出力する偏差検
   出手段と、この偏差検出手段からの偏差信号を積分して
   積分制御信号を出力する積分器と、上記偏差検出手段か
   らの偏差信号を反転増幅して比例制御信号を出力する反
   転増幅器と、上記積分器からの積分制御信号と上記反転
   増幅器からの比例制御信号とを加算して上記探針の駆動
   信号を出力する加算器とを有し、 上記積分器は、上記偏差検出手段からの偏差信号を任意
   に増幅した第１の増幅偏差信号と、上記偏差信号を第１
   の基準信号と任意に差動増幅した第１の退避偏差信号と
   を発生する第１の退避偏差信号発生回路と、反転入力端
   子が上記第１の退避偏差信号発生回路からの第１の増幅
   偏差信号を第１の抵抗を介して受けるように接続される
   と共に非反転端子が基準電圧端子に接続され且つ出力端
   子が上記積分制御信号を上記加算器に供給するように接
   続された第１のオペアンプと、この第１のオペアンプの
   反転入力端子と出力端子との間に接続された第１のコン
   デンサとを含み、 上記反転増幅器は、上記偏差検出手段からの偏差信号を
   任意に増幅した第２の増幅偏差信号と、上記偏差信号を
   第２の基準信号と任意に差動増幅した第２の退避偏差信
   号とを発生する第２の退避偏差信号発生回路と、反転入
   力端子が上記第２の退避偏差信号発生回路からの第２の
   増幅偏差信号を第２の抵抗を介して受けるように接続さ
   れると共に非反転端子が上記基準電圧端子に接続され且
   つ出力端子が上記比例制御信号を上記加算器に供給する
   ように接続された第２のオペアンプと、このオペアンプ
   の反転入力端子と出力端子との間に接続された第２のコ
   ンデンサと、この第２のコンデンサと並列に接続された
   第３の抵抗とを含み、 上記トンネル電流対応特性変更手段は、アノードが上記
   第１の退避偏差信号発生回路からの第１の退避偏差信号
   を受けるように上記第１の退避偏差信号発生回路に接続
   され、カソードが第４の抵抗を介して上記第１のオペア
   ンプの非反転入力端子に接続された第１のダイオード
   と、アノードが上記第２の退避偏差信号発生回路からの
   第２の退避偏差信号を受けるように上記第２の退避偏差
   信号発生回路に接続され、カソードが第５の抵抗を介し
   て上記第２のオペアンプの非反転入力端子に接続された
   第２のダイオードとを含むことを特徴とする請求項１に
   記載の走査型プローブ顕微鏡。
6. 【請求項６】 上記サーボ回路は、上記トンネル電流の
   基準値からの偏差を検出して偏差信号を出力する偏差検
   出手段と、この偏差検出手段からの偏差信号を積分して
   積分制御信号を出力する積分器と、上記偏差検出手段か
   らの偏差信号を反転増幅して比例制御信号を出力する反
   転増幅器と、上記積分器からの積分制御信号と上記反転
   増幅器からの比例制御信号とを加算して上記探針の駆動
   信号を出力する加算器とを有し、 上記積分器は、上記偏差検出手段からの偏差信号を任意
   に増幅した第１の増幅偏差信号と、上記偏差信号を第１
   の基準信号と任意に差動増幅した第１の退避偏差信号と
   を発生する第１の退避偏差信号発生回路と、反転入力端
   子が上記第１の退避偏差信号発生回路からの第１の増幅
   偏差信号を第１の抵抗を介して受けるように接続される
   と共に非反転端子が基準電圧端子に接続され且つ出力端
   子が上記積分制御信号を上記加算器に供給するように接
   続された第１のオペアンプと、この第１のオペアンプの
   反転入力端子と出力端子との間に接続された第１のコン
   デンサとを含み、 上記反転増幅器は、上記偏差検出手段からの偏差信号を
   任意に増幅した第２の増幅偏差信号と、上記偏差信号を
   第２の基準信号と任意に差動増幅した第２の退避偏差信
   号とを発生する第２の退避偏差信号発生回路と、反転入
   力端子が上記第２の退避偏差信号発生回路からの第２の
   増幅偏差信号を第２の抵抗を介して受けるように接続さ
   れると共に非反転端子が上記基準電圧端子に接続され且
   つ出力端子が上記比例制御信号を上記加算器に供給する
   ように接続された第２のオペアンプと、このオペアンプ
   の反転入力端子と出力端子との間に接続された第２のコ
   ンデンサと、この第２のコンデンサと並列に接続された
   第３の抵抗とを含み、 上記トンネル電流対応特性変更手段は、上記第１の退避
   偏差信号発生回路からの第１の退避偏差信号を半波整流
   して第１の整流退避偏差信号を発生する第１の半波整流
   回路と、この第１の半波整流回路と上記第１のオペアン
   プの非反転入力端子に接続された第４の抵抗と、上記第
   ２の退避偏差信号発生回路からの第２の退避偏差信号を
   半波整流して第２の整流退避偏差信号を発生する第２の
   半波整流回路と、この第２の半波整流回路と上記第２の
   オペアンプの非反転入力端子に接続された第５の抵抗と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査型プロー
   ブ顕微鏡。
7. 【請求項７】 自由端側に尖鋭な探針を有し、この探針
   を試料表面に対して相対走査した際に上記探針と試料と
   の間に働く力により弾性変位するカンチレバーと、上記
   カンチレバーの変位を検出するカンチレバー変位検出手
   段と、上記カンチレバー変位検出手段の出力信号を一定
   に保つべく、上記試料と探針との間隔を制御するサーボ
   手段とを具備し、上記サーボ手段のサーボ信号を上記相
   対走査信号と同期して取り込み、上記試料の表面情報を
   得る走査型プローブ顕微鏡に於いて、 上記サーボ手段の帰還部に、上記カンチレバー変位検出
   手段の出力信号が急峻に増加する方向を検出し、この検
   出がなされた瞬間にのみ、サーボ出力を高めるサーボ特
   性変更手段を具備したことを特徴とする走査型プローブ
   顕微鏡。