JPH05296763A - 走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法 - Google Patents

走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法

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JPH05296763A
JPH05296763A JP5003840A JP384093A JPH05296763A JP H05296763 A JPH05296763 A JP H05296763A JP 5003840 A JP5003840 A JP 5003840A JP 384093 A JP384093 A JP 384093A JP H05296763 A JPH05296763 A JP H05296763A
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film
tip
scanning tunneling
metal wire
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JP5003840A
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Toru Nakagawa
徹 中川
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 先端の尖った金属線を有機薄膜で被い、前記
金属線の先端を電解蒸発によって除き、その後前記金属
線に電析を行なった後、前記有機膜を除くことにより、
タンパク質などの巨大分子を測定するための走査型トン
ネル顕微鏡の探針とする。 【構成】 化学吸着法を用いて、先端の尖った金属線を
クロロシラン系化学吸着剤で処理して単分子膜2を形成
し、次に先端部のみ電界蒸発によって除き、その後、こ
の金属線先端に金属を電析して尖鋭化金属先端部4を形
成する。最後に、この化学吸着膜2はアルカリ処理等に
より全体的に除く。

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の
探針の作製法に関し、特に、タンパク質などの巨大分子
でも測定できる先端の尖った走査型トンネル顕微鏡の探
針及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡の探針は一般に、
電解研磨法によって作製されている。よく使われている
探針の材料はタングステンである。図4に示すように、
亜硝酸ナトリウム溶液13(20g/100mlH
2 O)にタングステン線10と白金線11を浸漬して、
両金属線間に、タングステン線がプラスの電位になるよ
うに30Vの電圧を電圧発生器12を用いて印加する。
この時、タングステン線は、液面に対して垂直になるよ
うにして約1mm程度浸水する。電圧は、タングステン
線から気泡や閃光のでなくなるまで印加し続ける。この
後、このタングステン線を亜硝酸ナトリウム溶液から取
り出した後、純水で5秒、エタノールで5秒洗浄する。
この操作によって、先端が尖った探針ができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来法で作製された走
査型トンネル顕微鏡の探針は、グラファイトやシリコン
など、凹凸が1nm以下の平坦な表面の原子像を調べる
上では有効であるが、固体表面に固定されたタンパク質
等、巨大分子を観察する時には問題が生じてくる。以下
図面を用いて説明する。図5は走査型トンネル顕微鏡の
探針の一つの形状を示したものである。図5において2
0は探針、21は試料、22は基板、23はトンネル電
流である。そして、図5で示すように、探針20が理想
的に尖っているならば、トンネル電流23は探針の先端
のみを通して流れる。しかし、一般には探針はそれほど
尖っていないので、図6に示すような場合、トンネル電
流23は探針24の側面を通して流れてしまう。走査型
トンネル顕微鏡は、探針24の先端と試料21との間に
トンネル電流23が流れるものとして、試料の形状を解
析する仕組みとなっているので、この様な場合、正しい
分子の像が得られないという問題点があった。
【0004】本発明は、タンパク質などの巨大分子が測
定できる先端の尖った走査型トンネル顕微の鏡探針及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の走査型トンネル顕微鏡の探針は、先端の尖
った金属線からなる走査型トンネル顕微鏡の探針であっ
て、前記探針は基部と先端部の少なくとも2つの金属部
分からなり、前記基部と先端部の接続部の面積が100
nm2 以下であることを特徴とする。
【0006】前記構成においては、基部の外表面に、シ
ロキサン共有結合(−SiO−)を介して化学吸着膜が
形成されていることが好ましい。また前記構成において
は、化学吸着膜が単分子膜、またはその積層膜、または
ポリマー膜であることが好ましい。
【0007】次に本発明の走査型トンネル顕微鏡の探針
の製造方法は、先端の尖った金属線からなる走査型トン
ネル顕微鏡の探針の製造方法であって、まず金属線表面
に活性水素を存在させておき、次にシラン系化学吸着剤
を金属線表面に接触させて脱塩化水素反応により金属の
表面にシロキサン共有結合(−SiO−)によって化学
吸着膜を形成し、次いで前記金属線の先端部の化学吸着
膜を100nm2 以下除去し、その後、化学吸着膜が除
去された部分に電析及び真空蒸着から選ばれる少なくと
一つの手段によって尖鋭化金属先端部を形成することを
特徴とする。
【0008】前記構成においては、化学吸着膜の除去
が、電界蒸発処理、または固体表面に押しつける処理で
あることが好ましい。また前記構成においては、化学吸
着膜が単分子膜、またはその積層膜、またはポリマー膜
であることが好ましい。
【0009】また前記構成においては、シラン系化学吸
着剤が、分子内にアルキル基またはフッ化アルキル基を
含み、分子末端にクロロシラン基を含む化合物であるこ
とが好ましい。
【0010】また前記構成においては、尖鋭化金属先端
部を形成した後、化学吸着膜を除去することが好まし
い。
【0011】
【作用】前記した本発明の構成によれば、先端の鋭い金
属線の先端に、さらに電析または真空蒸着によって直径
数ナノメートルの突起を付けるので、タンパク質などの
巨大分子を観察できる走査型トンネル顕微鏡の探針を得
ることができる。
【0012】また基部の外表面にシロキサン共有結合
(−SiO−)を介して化学吸着膜が形成されていると
いう本発明の好ましい構成によれば、大気中からの水分
が吸着することを防ぐことができ、さらに、探針が被測
定試料表面に近づき、試料表面上の吸着水と接したとき
に、探針がこの吸着水の表面張力により試料に引き付け
られることを防止することができる。
【0013】また、化学吸着膜が単分子膜、またはその
積層膜、またはポリマー膜であるという本発明の好まし
い構成によれば、オングストロームまたはナノメーター
レベルの超薄膜であるので、測定の際、悪影響を与える
ことがない。
【0014】次に本発明の製造方法の構成によれば、前
記探針を効率良く合理的に作製することができる。すな
わち、シラン系化学吸着剤を用いて、ナノメーターレベ
ルの薄い膜を形成し、これをマスク材料に用いて、電析
または真空蒸着によって直径数ナノメートルの尖鋭化し
た金属先端部を形成できる。
【0015】また、化学吸着膜の除去を、電界蒸発処
理、または固体表面に押しつける処理によって行うこと
により、所定の狭い面積の化学吸着分子膜を除去してマ
スク材料とすることができる。
【0016】さらに、金属を被う化学吸着膜をシランカ
ップリング剤を用いて形成することにより、有機膜が金
属線表面上の原子と強固な共有結合をしているので、走
査型トンネル顕微鏡の探針の作製時の電解蒸発と電析の
工程において、これらの膜が剥離することがなく、再現
性よく探針を作製することが可能である。
【0017】なお前記構成においては、尖鋭化金属先端
部を形成した後、化学吸着膜を除去しても良い。このよ
うにすると金属材料のみの探針を得ることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例の走査型トンネル顕
微鏡の探針の作製法について図を用いて詳しく説明す
る。図1で示すように、先端の尖った金属線1を有機単
分子膜2で覆い、その後、前記金属線の先端を電界蒸発
させることによって直径数ナノメートル、深さが単分子
膜の膜厚だけあるホール3が金属線の先端にできる。そ
の後この金属線先端部に電析をおこなうと、ホール3の
部分だけに金属イオンが侵入して、ここに金属が電析さ
れ、尖鋭化金属先端部4を形成できる(図2)。その
後、単分子膜2を除去することによって図3に示したよ
うな突起状の尖鋭化金属先端部4をを持った探針が作製
できる。このようにして作製された探針を用いれば、タ
ンパク質などの巨大分子を観察することが可能となる。
【0019】また本発明において、有機単分子膜がシラ
ンカップリング剤から作成されたものにする事により、
同様に、突起を持った探針を作成することができ、タン
パク質などの巨大分子を観察することが可能となる。
【0020】また、前記本発明方法においては、先端の
尖った金属線を有機単分子膜で覆い、前記金属線に負の
電位を印可して前記金属線の先端を電界蒸発させ、前記
金属線先端上に金属を電析し、前記金属線を被っている
前記単分子膜を剥離することが望ましい。
【0021】本発明に用いる電界蒸発は、物質表面原子
に高い電圧を加えることにより、物質内の原子をイオン
化し、表面に飛び出させる方法である。先端の尖った金
属線を平坦な導体表面に近付け、金属線と導体間に適切
な電位差を与えると、金属線先端部に電界が集中して、
この部分の原子のみが外に飛び出す。従って、先端の尖
った金属線表面にシロキサン結合を介してアルキル基も
しくはフッ化アルキル基を有する化学吸着膜を形成した
後、この金属線の先端部のみを電界蒸発することによ
り、先端の部分のみの化学吸着膜を除去することができ
る。
【0022】なお、金属線の先端部を固体表面に押し付
けることによっても、金属線の先端部のみの化学吸着膜
を除去することができる。また、化学吸着膜の除去され
た金属先端部に尖鋭化された金属先端部を形成する方法
としては、電析以外に金属を真空蒸着する方法もある。
また、化学吸着膜は、単分子膜、またはその積層膜、ま
たはポリマー膜であっても良い。
【0023】本発明においては、化学吸着剤としてはた
とえば下記のものを使用することができる。 (1) トリクロロシラン系界面活性剤の例 CF3 (CF2 7 (CH2 2 SiCl3 ,CF3
2 O(CH2 15SiCl3 ,CF3 (CH2 2
i(CH3 2 (CH2 15SiCl3 ,CF3 (CH
2 3 (CH2 2 Si(CH3 2 (CH2 9 Si
Cl3 ,CF3 (CF2 7 (CH2 2 Si(C
3 2 (CH2 9 SiCl3 ,CF3 COO(CH
2 15SiCl3 ,CF3 (CF2 5 (CH2 2
iCl3 , (2) 低級アルキル基置換のモノクロロシラン系あるいは
ジクロロシラン系界面活性剤(但し式中のnは何れも1
又は2) CF3 (CF2 7 (CH2 2 SiCln (CH3
3-n ,CF3 (CF2 7 (CH2 2 SiCln (C
2 5 3-n ,CF3 CH2 O(CH2 15SiCln
(CH3 3-n ,CF3 CH2 O(CH2 15SiCl
n (C2 5 3-n ,CF3 (CH2 2 Si(CH3
2 (CH2 15SiCln (CH3 3-n ,CF3 (C
2 2 Si(CH3 2 (CH2 15SiCln (C2
5 3-n ,CF3 (CF2 7 (CH2 2 Si(C
3 2 (CH2 9 SiCln (CH3 3-n ,CF
3 (CF2 7 (CH2 2 Si(CH3 2 (C
2 9 SiCln (C 2 5 3-n ,CF3 COO
(CH2 15SiCln (CH3 3-n ,CF3 COO
(CH2 15SiCln (C2 5 3-n ,CF3 (C
2 5 (CH2 2 SiCln (CH3 3-n ,CF
3 (CF2 5 (CH2 2 SiCln (C2 5
3-n これらの中でも特にトリクロロシラン系界面活性剤では
隣り合う分子どうしがシロキサン結合を形成するため、
より強固な化学吸着膜となり好ましい。
【0024】また、CF3 (CF2 n CH2 CH2
iCl3 (但し式中のnは整数であり、3〜25程度が
最も扱いやすい)が、溶剤溶解性、化学吸着性と溌水溌
油性又は防汚性等の機能性との釣合が取れているため好
ましい。さらにまた、アルキル鎖又はフッ化アルキル鎖
部分に不飽和結合を組み込んでおけば、化学吸着膜形成
後、5メガラド程度の電子線照射で架橋できるので、さ
らに化学吸着膜自体の硬度を向上させることも可能であ
る。
【0025】アルキル基を有するクロロシラン系界面活
性剤としては、例えば、CH3 (CH2 18SiC
3 ,CH3 (CH2 15SiCl3 ,CH3 (C
2 10SiCl3 ,CH3 (CH2 25SiCl3
のようなトリクロルシラン系界面活性剤をはじめ、例え
ばCH3 (CH2 18SiCln (CH3 3-n ,CH
3 (CH2 18SiCln (C2 5 3-n ,CH
3 (CH2 15SiCln (CH33-n ,CH3 (C
2 10SiCln (CH3 3-n ,CH3 (CH2
25SiCln (C2 5 3-n 等のような低級アルキル
基置換のモノクロルシラン系あるいはジクロルシラン系
界面活性剤が挙げられる。この中でもCH3 (CH2
n SiCl3 (但し式中のnは整数であり、3〜25程
度が最も扱いやすい)が、溶剤溶解性の点で好ましい。
【0026】本発明に適用できるクロロシラン系界面活
性剤は、前記に例示したように直鎖状だけではなく、フ
ッ化アルキル基又は炭化水素基が分岐した形状でも、又
は末端の珪素にフッ化アルキル基もしくは炭化水素基が
置換した形状(即ちR、R1、R2 、R3 をフッ化アル
キル基又は炭化水素基として、一般式R2 SiCl2
3 SiCl、R1 2 SiCl2 、もしくはR1 2
3 SiCl等)であってもよいが、吸着密度を高める
ためには一般には直鎖状が好ましい。
【0027】本発明の製造方法に用いる非水系溶媒は、
例えば1,1−ジクロロ,1−フルオロエタン、1,1
−ジクロロ,2、2、2−トリフルオロエタン、1,1
−ジクロロ,2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロ
パン、1,3−ジクロロ,1,1,2,2,3−ヘプタ
フルオロプロパン等のフッ素系溶媒、例えばヘキサン、
オクタン、ヘキサデカン、シクロヘキサン等の炭化水素
系溶媒、例えばジブチルエーテル、ジベンジルエーテル
等のエーテル系溶媒、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、
酢酸イソプロピル、酢酸アミル等エステル系溶媒の何れ
かが好ましい。ケトン系溶媒としては、アセトン、メチ
ルエチルケトン等が一例として挙げられる。
【0028】本発明の化学吸着単分子膜は、基材表面に
存在する親水性基とクロロシリル基とが化学吸着する。
化学吸着膜は単分子層一層だけでも十分機能が発揮され
る。単分子層を1層だけ形成するには、前記非水系有機
溶媒にクロロシラン系界面活性剤を溶かし、これに金属
線を浸漬して化学吸着反応を行った後、非水系溶液で未
反応物を洗浄・除去し、次いで水と反応させ、次いで乾
燥させる。また化学吸着膜を累積するには、分子の両末
端にハロシリル基を有する化学吸着剤、例えばCCl3
Si(CH2 2 (CF2 6 (CH2 2 SiCl3
を前記非水系溶液に溶かし、これに金属線を浸漬して化
学吸着反応を行った後、非水系溶液で未反応物を洗浄・
除去し、次いで水と反応させ、次いで乾燥させる工程を
繰り返す。またポリマー膜を形成するには、前記単分子
膜を形成する際に、非水系溶液で未反応物を洗浄・除去
する工程を省略することにより形成できる。
【0029】以下具体的実施例を説明する。 実施例1 直径0.2mm、長さ10mmのタングステン線の一端
を電解研磨法によって尖らせた。電解研磨法は以下の手
順で行った。
【0030】図4に示すように、亜硝酸ナトリウム溶液
13(20g/100mlH2 O)にタングステン線1
0と白金線11を浸水して、両金属線間に、タングステ
ン線10がプラスの電位になるように30Vの電圧を電
圧発生記12を用いて印加する。この時、タングステン
線10は、液面に対して垂直になるようにして約1mm
程度浸水する。電圧は、タングステン線10から気泡や
閃光のでなくなるまで印加し続ける。この後、このタン
グステン線を亜硝酸ナトリウム溶液から取り出した後、
純水で5秒、エタノールで5秒洗浄する。
【0031】次に、このタングステン線をシランカップ
リング剤であるオクタデシルトリクロロシラン(以下O
TSと略称で記す)30mMの溶けた溶液(溶媒として
は、体積比で、ノルマルヘキサデカン80%、四塩化炭
素12%、クロロホルム8%の混合溶液を使用)に1時
間浸水後、クロロホルム、続いて純水による洗浄を行っ
た。タングステン線はこの処理後撥水性となり、OTS
の単分子膜がタングステン線を覆っていることが確認さ
れた。
【0032】なお前記において、タングステン線の表面
の水酸基(−OH)とOTSの反応は下記式(化1)の
ように進行する。
【0033】
【化1】
【0034】次に前記クロロホルムで洗浄すると、タン
グステン線の表面に残存している未反応OTSが除去さ
れる。次に、純水による洗浄を行うと、前記式(化1)
のクロロ基(−Cl)が加水分解されて、シラノール基
(−SiOH)が生成する。これを下記式(化2)に示
す。
【0035】
【化2】
【0036】次に、シラノール基(−SiOH)が隣の
シラノール基との間で脱水縮合反応を起こし、シロキサ
ン結合(−SiO−)によって架橋する。これを下記式
(化3)に示す。
【0037】
【化3】
【0038】(但しnは1以上の自然数を示す。)この
ようにして単分子膜が形成できる。なお前記において、
クロロホルムによる洗浄を省略する場合は、化学吸着ポ
リマー膜を形成できる。
【0039】次に、このタングステン線の先端部分を平
滑な白金板電極に数ミリ程度近づけ、タングステン線が
負の電位になるように、タングステン線と白金板電極間
に2000Vの電圧を数十ミリ秒間印加する。この操作
によってタングステン線の先端部分のタングステン原子
が電界蒸発して、これと同時にこの部分のOTSも無く
なる。走査型電子顕微鏡でのタングステン線の先端の形
状を観察したところ、先端部の形状が約100nm2
領域にわたり変化していることが分かった。このことに
より、100nm2 の領域内のOTSの膜が除去されて
いることがわかった。この探針の概略断面図を図1に示
す。図1において、1はタングステン線、2は単分子吸
着膜、3はタングステン線の先端部分で電界蒸発を行っ
た部分である。
【0040】次に、このタングステン線上に白金を電析
した。電析の方法を以下に示す。塩化白金酸(30mg
/ml)と酢酸鉛(0.6mg/ml)の混合溶液50
mlに、上記で作成したタングステン線を作用極、10
mm角の白金板電極を対極として浸水する。そして、タ
ングステン線に銀・塩化銀電極を参照電極としてマイナ
ス0.2Vの電位を1秒程度印加することによって、O
TSの除去された部分を白金原子で埋める。この概略断
面図を図2に示す。図2において、4は白金原子を埋め
た尖鋭化金属先端部4である。
【0041】最後に、このタングステン線を1Mの水酸
化ナトリウム水溶液に30分浸水してOTSの膜を除去
することによって走査型トンネル顕微鏡の探針を作製し
た。この概略断面図を図3に示す。
【0042】次に、市販の走査型トンネル顕微鏡(ディ
ジタルインスツルメント社製,Nanoscope)の
探針として本実施例で作成した探針を用いてグラファイ
ト上の大腸菌DNA(1500塩基対)を測定した。な
おDNAの固定は、大腸菌DNAの水溶液(10〜50
μg/ml)を10mm角のグラファイト基板上に適下
後、窒素雰囲気中で乾燥させておこなった。
【0043】測定は大気中で行い、トンネル電流が一定
になるように探針と試料の距離を調整しながらこの探針
を試料表面上で原子レベルの精度で走査した。この結
果、DNAの像が再現性よく得られた。
【0044】実施例2 実施例1と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただしOTSの膜を水酸化ナトリウム溶液で
除去する工程は省略した。
【0045】この探針を用いて実施例1と同様にDNA
の像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得られ
た。 実施例3 実施例1に用いる金属線として、タングステン線のかわ
りに白金イリジウムの合金を用い実施例1と同様な方法
で走査型トンネル顕微鏡の探針を作成した。また、OT
Sの膜を水酸化ナトリウム溶液で除去する工程は省略し
た探針も作成した。
【0046】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。 実施例4 実施例1と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただし電界研磨により先端が尖鋭になったタ
ングステン先端にOTSの化学吸着膜を形成した。その
後、金属線先端をシリコン基盤に押し付けて擦ることに
より、この部分の化学吸着膜を取り除いた。このとき金
属線にかけた荷重は、約0.1から1mNであった。走
査型電子顕微鏡でのタングステン線の先端の形状を観察
したところ、先端部の形状が約100nm2 の領域にわ
たり変化していることが分かった。このことにより、1
00nm2 の領域内のOTSの膜が除去されていること
がわかった。
【0047】また、OTSの膜を水酸化ナトリウム溶液
で除去する工程は省略した探針も作成した。これらの探
針を用いて実施例1と同様にDNAの像を観察したとこ
ろ、DNAの像が再現性よく得られた。
【0048】実施例5 実施例4に用いる金属線として、タングステン線のかわ
りに白金イリジウムの合金を用い同様な方法で走査型ト
ンネル顕微鏡の探針を作成した。また、OTSの膜を水
酸化ナトリウム溶液で除去する工程は省略した探針も作
成した。
【0049】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。 実施例6 実施例1と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただし電析の代わりに、真空蒸着により白金
イリジウムを金属線先端部につけた。真空蒸着は電子ビ
ーム蒸着法(EB法)により行った。ベース圧力は5×
10-6Torrで、蒸着速度を1nm/sec. に設定して、2秒
間蒸着した。また、OTSの膜を水酸化ナトリウム溶液
で除去する工程は省略した探針も作成した。
【0050】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。 実施例7 実施例3と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただし電析の代わりに、真空蒸着により白金
イリジウムを金属線先端部につけた。真空蒸着は電子ビ
ーム蒸着法(EB法)により行った。ベース圧力は5×
10-6Torrで、蒸着速度を1nm/sec. に設定して、2秒
間蒸着した。また、OTSの膜を水酸化ナトリウム溶液
で除去する工程は省略した探針も作成した。
【0051】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。 実施例8 実施例4と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただし電析の代わりに、真空蒸着により白金
イリジウムを金属線先端部につけた。真空蒸着は電子ビ
ーム蒸着法(EB法)により行った。ベース圧力は5×
10-6Torrで、蒸着速度を1nm/sec. に設定して、2秒
間蒸着した。また、OTSの膜を水酸化ナトリウム溶液
で除去する工程は省略した探針も作成した。
【0052】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。 実施例9 実施例5と同様な方法で走査型トンネル顕微鏡の探針を
作成した。ただし電析の代わりに、真空蒸着により白金
イリジウムを金属線先端部につけた。真空蒸着は電子ビ
ーム蒸着法(EB法)により行った。ベース圧力は5×
10-6Torrで、蒸着速度を1nm/sec. に設定して、2秒
間蒸着した。また、OTSの膜を水酸化ナトリウム溶液
で除去する工程は省略した探針も作成した。
【0053】これらの探針を用いて実施例1と同様にD
NAの像を観察したところ、DNAの像が再現性よく得
られた。以上のように、本発明で作製された走査型トン
ネル顕微鏡の探針を用いると、DNAの様な巨大な分子
でも精度よく観測することができた。しかも本実施例に
おいては、有機薄膜にカーボン数が18の直鎖の分子を
用いているので、電析によってできた金属先先端上の突
起の長さは1nm程度で、あまり長すぎないので機械的強
度があり、多数回の測定に耐えることができる。
【0054】なお実施例においては、有機薄膜をOTS
としたが、これに限る必要はなく、金属線を被える単分
子有機薄膜ならなんでもよく、例えば、先端分子がチオ
ール基である直鎖分子など様々なものを用いることがで
きるのは言うまでもない。
【0055】以上説明した通り本実施例によれば、先端
の尖った金属線を有機薄膜で被い、前記金属線の先端を
電解蒸発によって除き、その後前記金属線に電析を行な
った後、前記有機膜を除いて走査型トンネル顕微鏡の探
針を作製するので、金属線の尖った先端にさらに直径数
nm以下の突起ができ、トンネル電流の流れる部分の極
率半径は数nm以下になるので、タンパク質などの巨大
分子でも観測できる。
【0056】
【発明の効果】前記した本発明の方法によれば、先端の
鋭い金属線の先端に、さらに電析によって直径数ナノメ
ートルの突起を付けるので、タンパク質などの巨大分子
を観察できる走査型トンネル顕微鏡の探針を効率良く合
理的に作製することができる。またシラン系化学吸着剤
を用いるので、ナノメーターレベルの薄い膜を形成でき
るので、尖鋭化した金属先端部を形成できる。
【0057】さらに、金属を被う化学吸着膜をシランカ
ップリング剤を用いて形成することにより、有機膜が金
属線表面上の原子と強固な共有結合をしているので、走
査型トンネル顕微鏡の探針の作製時の電解蒸発と電析の
工程において、これらの膜が剥離することがなく、再現
性よく探針を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の走査型トンネル顕微鏡の探
針を作製するため、単分子吸着膜を形成し先端部のみ除
去した工程を示した図である。
【図2】本発明の一実施例の走査型トンネル顕微鏡の探
針を作製するため、先端部に尖鋭化金属先端部を形成し
た工程を示した図である。
【図3】本発明の一実施例の走査型トンネル顕微鏡の探
針を作製するため、全体の単分子吸着膜を除去した工程
を示した図である。
【図4】従来の電解研磨法による走査型トンネル顕微鏡
の探針の作製法を示した図である。
【図5】先端の尖った走査型トンネル顕微鏡の探針と基
板上に固定された巨大分子との間でトンネル電流が流れ
ている様子を示した図である。
【図6】従来法で作製された、先端の尖っていない走査
型トンネル顕微鏡の探針と基板上に固定された巨大分子
との間でトンネル電流が流れている様子を示した図であ
る。
【符号の説明】
1 金属線 2 有機単分子膜 3 電界蒸発を行なった部分 4 尖鋭化金属先端部 10 タングステン線 11 白金線 12 電圧発生器 13 亜硝酸ナトリウム溶液 14 容器 20 先端の尖った探針 21 巨大分子 22 基板 23 探針と巨大分子の間に流れるトンネル電流 24 従来法で作製された先端の尖っていない探針

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端の尖った金属線からなる走査型トン
    ネル顕微鏡の探針であって、前記探針は基部と先端部の
    少なくとも2つの金属部分からなり、前記基部と先端部
    の接続部の面積が100nm2 以下であることを特徴と
    する走査型トンネル顕微鏡の探針。
  2. 【請求項2】 基部の外表面に、シロキサン共有結合
    (−SiO−)を介して化学吸着膜が形成されている請
    求項1に記載の走査型トンネル顕微鏡の探針。
  3. 【請求項3】 化学吸着膜が、単分子膜、またはその積
    層膜、またはポリマー膜である請求項1に記載の走査型
    トンネル顕微鏡の探針。
  4. 【請求項4】 先端の尖った金属線からなる走査型トン
    ネル顕微鏡の探針の製造方法であって、まず金属線表面
    に活性水素を存在させておき、次にシラン系化学吸着剤
    を金属線表面に接触させて脱塩化水素反応により金属の
    表面にシロキサン共有結合(−SiO−)によって化学
    吸着膜を形成し、次いで前記金属線の先端部の化学吸着
    膜を100nm2 以下除去し、その後、化学吸着膜が除
    去された部分に電析及び真空蒸着から選ばれる少なくと
    も一つの手段によって尖鋭化金属先端部を形成すること
    を特徴とする走査型トンネル顕微鏡の探針の製造方法。
  5. 【請求項5】 化学吸着膜の除去が、電界蒸発処理、ま
    たは固体表面に押しつける処理である請求項4に記載の
    走査型トンネル顕微鏡の探針の製造方法。
  6. 【請求項6】 化学吸着膜が単分子膜、またはその積層
    膜、またはポリマー膜である請求項4に記載の走査型ト
    ンネル顕微鏡の探針の製造方法。
  7. 【請求項7】 シラン系化学吸着剤が、分子内にアルキ
    ル基またはフッ化アルキル基を含み、分子末端にクロロ
    シラン基を含む化合物である請求項4に記載の走査型ト
    ンネル顕微鏡の探針の製造方法。
  8. 【請求項8】 尖鋭化金属先端部を形成した後、化学吸
    着膜を除去する請求項4に記載の走査型トンネル顕微鏡
    の探針の製造方法。
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