JPH05306926A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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Abstract
試料の表面構造または表面状態の実空間像を得ることが
できるようにするとともに、測定時間の短縮が図れるよ
うにする。 【構成】 走査型トンネル顕微鏡20では、探針21
は、XY走査機構駆動回路26とXY走査機構27とに
より図示X軸方向に往復走査される。また、画像形成回
路28は、探針21の往路走査で第1の画像データを作
成するとともに、探針21の復路走査で第2の画像デー
タを作成したのち、第1の画像データと第2の画像デー
タとが異なる領域を検出し、検出した異なる領域におけ
る第1の画像データまたは第2の画像データを、検出し
た異なる領域における第2の画像データまたは第1の画
像データと置き換えて、第3の画像データを作成し、作
成した第3の画像データにより試料10の表面構造を画
像化する。
Description
に関する。
観察できる走査型トンネル顕微鏡(STM)が開発さ
れ、以下に示す理由により、広範囲な応用が期待されて
おり(G.Binning et al. Helvetica Physica Acta, 55,
726, 1982)、一例として、導体表面に吸着した有機分子
の分子像を走査型トンネル顕微鏡を用いて観察したとい
う報告がなされている。 (1)単結晶,非晶質を問わずに、実空間像の観察を高
分解能でできる。 (2)試料に電流による損傷を与えずに、低電力で観察
できる利点を有する。 (3)大気中でも動作させることができ、また、種々の
材料に対して用いることができる。
ローブ電極)と導電性物質との間に電圧を加えた状態
で、探針を導電性物質の表面から1nm程度の距離まで
近づけたときに、探針と導電性物質の表面との間に流れ
るトンネル電流を利用するものである。このトンネル電
流の大きさは、探針と導電性物質の表面との距離に依存
し、かつ、この距離の変化に極めて敏感である。そのた
め、トンネル電流を一定に保つように探針と導電性物質
の表面との距離を制御しながら探針を導電性物質の表面
の上方で相対的に二次元走査することにより、導電性物
質の実空間の表面構造(表面の凹凸)を測定することが
できるととともに、表面原子の全電子雲に関する種々の
情報をも読み取ることができる。なお、このときの導電
性物質の面内方向の分解能は、1Å程度である。
した原子間力顕微鏡(AFM)が開発され、走査型トン
ネル顕微鏡と同様に、試料の表面構造などを得ることが
できるようになった(G. Binning et al. Phys. Rev. Le
tt., 56, 930, 1985) 。原子間力顕微鏡は、探針と試料
の表面との間の距離に敏感な原子間力を利用して、高い
面内分解能で試料の表面の実空間像を得るものであり、
絶縁性の試料に対しても原子オーダーで測定が可能なた
め、今後の発展が望まれている。
鏡に限らず、探針と試料の表面との間の相互作用により
生じる、両者間の距離に敏感な物理量を利用して、両者
間の距離情報を得るもの、および、前記物理量をフィー
ドバック制御によって一定に保持することにより、高分
解能で試料の表面構造または表面状態の実空間像を得る
ものは、一般に走査型プローブ顕微鏡と呼ばれており、
走査型トンネル顕微鏡からの派生技術として発展しつつ
ある。
試料の表面構造を得るときの探針の軌跡を説明するため
の図である。
感な物理量(トンネル電流,原子間力など)がフィード
バック制御によって一定に保持されることにより、探針
1と試料10の表面との間の距離は常に一定に保たれて
いる。その結果、小さな凸部111 と小さな凹部112
を有する試料10の表面の上方で探針1が図示矢印方向
に走査されると、探針1の軌跡Lは、同図破線で示すよ
うに、試料10の表面構造に沿ったものとなる。したが
って、探針1を走査させる信号と前記物理量のフィード
バック制御量を示す信号とから、試料10の表面構造を
示す画像を得ることができる。
た従来の走査型プローブ顕微鏡においては、以下に示す
2つの大きな問題がある。
制御しながら探針1の走査が行われるため、試料10全
体の表面構造を得るのに必要な時間を短縮するには、探
針1の走査速度を大きくする必要がある反面、探針1の
走査速度を大きくし過ぎると、試料10の表面に大きな
突起などがある場合には、以下に示す理由により、試料
10の表面構造を正確に得ることができない。
の間に、図7に示すように、フィードバック制御が追従
しきれなくなる大きさの突起12がある場合には、探針
1の走査速度を大きくし過ぎると、探針1の軌跡Lは同
図破線で示すようになる。その結果、前記物理量のフィ
ードバック制御量を示す信号より画像処理を施しても、
得られる画像には、突起12よりも同図図示右側にある
凹部112 が現れない。
追従しきれなくなる大きさのくぼみまたは段差などがあ
る場合にも、同様の理由により、試料10の表面構造を
正確に得ることができない。また、従来の走査型プロー
ブ顕微鏡で試料の表面状態の実空間像を得る場合にも、
同様の問題が生じる。
微鏡では、探針を走査することによって表面構造または
表面状態の実空間像を得ているため、表面構造または表
面状態の実空間像の取得に必要な時間が探針の走査速度
によって決まるとともに、探針と試料の表面との間の距
離をフィードバック制御で一定に保ちながら探針の走査
が行われるため、探針の走査機構の機械的共振周波数で
制限されるフィードバック制御回路の周波数帯域と試料
表面の凹凸などで決まる探針の追従すべき空間周波数と
の関係によって、探針の走査速度が制限されることか
ら、以下に示すような問題がある。 (1)試料の表面構造または表面状態の実空間像を高速
で得るためには、フィードバック制御が追随できなくな
るような突起,くぼみまたは段差などが、試料の表面に
ないことが条件となる。 (2)フィードバック制御の追随を確保するために探針
の走査速度を低くすると、熱的なドリフトなどにより二
次的な位置関係が正しく表現されず、得られた試料の表
面構造または表面状態の実空間像に歪が生じるおそれが
ある。
試料の表面構造または表面状態の実空間像を得ることが
できる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
制御しながら探針1の走査を行う際に、探針1の走査
は、通常、圧電素子を用いて探針1または試料10を走
査方向に移動させることにより行われるが、この圧電素
子のクリープ現象または周囲温度の変化により、探針1
と試料10の表面との相対的な位置関係が徐々に変化す
る現象(ドリフト)が発生する。たとえば、探針1と試
料10の表面との相対的な位置関係が徐々に広がるよう
なドリフトが発生した場合には、探針1の軌跡Lは、図
8に示すように、図示右下がりのものとなり、試料10
の表面構造の実空間像を正確に得ることができなくな
る。
では、前記ドリフトが認められた場合には、得られる画
像が安定するまで待ったのち、試料10の表面構造また
は表面状態の実空間像の測定を開始している。その結
果、走査型電子顕微鏡に対する走査型プローブ顕微鏡の
利点の一つである、測定時間が短いという利点が、実際
には生かしきれていないという問題がある。
図れる走査型プローブ顕微鏡を提供することにある。
ローブ顕微鏡は、探針と、該探針と試料の表面との間の
相互作用により生じる物理量を検出する検出手段と、該
検出された物理量に応じて前記試料の表面と垂直方向に
前記探針を移動させて、該探針と前記試料の表面との間
の距離を変化させる探針移動制御手段と、前記探針を前
記試料の表面上で相対的に二次元走査させる走査手段
と、前記探針が二次元走査されている間に前記探針移動
制御手段による前記探針の移動量を前記探針移動制御手
段から取得し、該取得した移動量より前記探針の走査領
域内の二次元座標に対応した画像データを作成して、前
記試料の表面の状態を画像化する画像形成手段とを含む
走査型プローブ顕微鏡において、前記走査手段が、前記
探針の二次元走査のうち走査速度の大きな走査方向に対
して、前記探針を往復走査させ、前記画像形成手段が、
前記走査手段による前記探針の往復走査の往路走査で第
1の画像データを作成するとともに、前記走査手段によ
る前記探針の往復走査の復路走査で第2の画像データを
作成し、前記第1の画像データと前記第2の画像データ
とが異なる領域を検出し、該検出した異なる領域におけ
る前記第1の画像データまたは前記第2の画像データ
を、該検出した異なる領域における該第2の画像データ
または該第1の画像データと置き換えて、第3の画像デ
ータを作成し、該作成した第3の画像データにより前記
試料の表面の状態を画像化する。
画像データまたは前記第2の画像データと予め設定され
た所定のしきい値とを比較して、前記異なる領域を検出
してもよい。
探針と、該探針と試料の表面との間の相互作用により生
じる物理量を検出する検出手段と、該検出された物理量
に応じて前記試料の表面と垂直方向に前記探針を移動さ
せて、該探針と前記試料の表面との間の距離を変化させ
る探針移動制御手段と、前記探針を前記試料の表面上で
相対的に二次元走査させる走査手段と、前記探針が二次
元走査されている間に前記探針移動制御手段による前記
探針の移動量を前記探針移動制御手段から取得し、該取
得した移動量より前記探針の走査領域内の二次元座標に
対応した画像データを作成して、前記試料の表面の状態
を画像化する画像形成手段とを含む走査型プローブ顕微
鏡において、前記走査手段が、前記探針の二次元走査の
うち走査速度の大きな走査方向に対して、前記探針を往
復走査させ、前記画像形成手段が、前記走査手段による
前記探針の往復走査の往路走査で第1の画像データを作
成するとともに、前記走査手段による前記探針の往復走
査の復路走査で第2の画像データを作成し、前記第1の
画像データのデータ数をNとし、該第1の画像データの
i番目のデータをZ1iとし、前記第2の画像データの前
記第1の画像データのi番目のデータに対応するデータ
をZ2iとしたとき、
該作成した第3の画像データZi により前記試料の表面
の状態を画像化する。ここで、前記画像形成手段が、
し、該作成した第3の画像データZi により前記試料の
表面の状態を画像化してもよい。
ィードバック制御が追随できなくなるような突起,くぼ
みまたは段差などが試料の表面にある場合でも、第1の
画像データを作成するときの探針の走査方向と第2の画
像データを作成するときの探針の走査方向とは逆である
ため、第1の画像データに生じる前記突起などによる影
響と第2の画像データに生じる前記突起などによる影響
とはそれぞれ、異なる領域に対して生じる。したがっ
て、第1の画像データと第2の画像データとを比較する
ことにより、前記突起などがある領域を検出することが
できるとともに、検出した前記突起などがある領域にお
いて、第1の画像データまたは第2の画像データを他方
と置き換えて第3の画像データを作成することにより、
第3の画像データにより試料の表面の状態を正確に画像
化することができる。
は、前記ドリフトが発生しているときでも、第1の画像
データを作成するときの探針の走査方向と第2の画像デ
ータを作成するときの探針の走査方向とは逆であるた
め、第1の画像データに生じる前記ドリフトによる影響
と第2の画像データに生じる前記ドリフトによる影響と
はそれぞれ逆になる。したがって、第1の画像データの
i番目のデータZ1iと、第2の画像データの第1の画像
データのi番目のデータに対応するデータZ2iとを用い
て、
影響を打ち消すことができるため、該演算で作成した第
3の画像データZi を用いて、試料の表面の状態を正確
に画像化することができる。
て説明する。
微鏡の一実施例である走査型トンネル顕微鏡の構成を示
す概略構成図である。
前記第1の目的を達成するためのものであり、探針21
と、探針21と試料10の表面との間の相互作用により
生じるトンネル電流の電流値を検出する電流検出回路2
2と、検出されたトンネル電流の電流値に応じて試料1
0の表面と垂直方向(図示Z軸方向)に探針21を移動
させて、探針21と試料10の表面との間の距離を変化
させる探針移動制御回路23,Z方向移動機構駆動回路
24およびZ方向移動機構25と、探針21を試料10
の表面上で相対的に二次元走査(図示X軸方向の走査お
よび図示Y軸方向の走査)させるXY走査機構駆動回路
26およびXY走査機構27と、探針21が二次元走査
されている間に探針移動制御回路23から出力される探
針移動制御信号(探針21の図示Z軸方向の移動量を指
示する信号)を取得し、取得した探針移動制御信号より
探針21の走査領域内の二次元座標(図示XY座標)に
対応した画像データを作成して、試料10の表面構造を
画像化する画像形成回路28と、試料10に所定のバイ
アス電圧を印加するバイアス電圧印加回路29とを含
む。
XY走査機構27は、探針21の二次元走査のうち走査
速度の大きな走査方向(図示X軸方向の走査)に対し
て、探針21を往復走査させる。また、画像形成回路2
8は、XY走査機構駆動回路26およびXY走査機構2
7による探針21の往復走査の往路走査で第1の画像デ
ータを作成するとともに、XY走査機構駆動回路26お
よびXY走査機構27による探針21の往復走査の復路
走査で第2の画像データを作成し、第1の画像データと
第2の画像データとが異なる領域を検出し、検出した異
なる領域における第1の画像データまたは第2の画像デ
ータを、検出した異なる領域における第2の画像データ
または第1の画像データと置き換えて、第3の画像デー
タを作成し、作成した第3の画像データにより試料10
の表面構造を画像化する。
ついて、凸部111 と凹部112 の間に、図2(A)に
示すように、凸部111 および凹部112 よりも大きな
突起12を有する試料10の表面構造を測定するときを
例として説明する。
用により生じるトンネル電流の電流値が、電流検出回路
22によって検出される。探針移動制御回路23では、
電流検出回路22によって検出されたトンネル電流の電
流値と予め設定された電流値とが比較され、その偏差に
応じた探針移動制御信号がZ方向移動機構駆動回路24
に出力される。Z方向移動機構駆動回路24では、探針
移動制御回路23から送られてくる探針移動制御信号に
応じてZ方向駆動信号が作成されてZ方向移動機構25
に出力される。その結果、Z方向移動機構25により、
探針21と試料10の表面との間の距離が一定に保持さ
れるように、探針21が図示Z軸方向に移動される。
面との間の距離がフィードバック制御された状態で、X
Y走査機構27がXY走査機構駆動回路26により駆動
されることにより、探針21が図示X軸方向に沿って試
料10の図示左端から図示右端に向かって走査(往路走
査)されるとともに、探針移動制御回路23から出力さ
れる探針移動制御信号が、XY走査機構27の駆動に同
期して画像形成回路28に取得,蓄積される。画像形成
回路28では、探針移動制御信号が、XY座標に対応し
た高さデータとして処理されることにより、試料10の
表面の一走査分の第1の画像データが作成される。
の走査速度を大きくすると、探針21と試料10の表面
との間の距離のフィードバック制御が突起12の部分で
追従しきれなくなるため、探針21の軌跡Lは図2
(A)に破線で示すようになる。すなわち、突起12の
部分では、探針21は、突起12の表面に大きく近づい
たのち大きく遠ざかり、予め設定されたトンネル電流の
電流値で決まる探針21と試料の表面との間の距離に制
御された状態に回復するのは、探針21が突起12から
走査方向に大きく移動したのちである。その結果、同図
図示領域Aの部分は、探針21が試料10の表面構造に
十分追従することができない区間となり、領域Aではト
ンネル電流が流れすぎるまたはまったく流れないため、
探針移動制御回路23から出力される探針移動制御信号
が飽和し、画像形成回路28で作成される第1の画像デ
ータは、あたかも影を長く引いたような画像を示すもの
となる。したがって、その影にあたる部分(領域Aの突
起12よりも図示右側の部分)では、たとえ表面が平坦
であっても、表面構造の測定がまったく不可能になるた
め、前記第1の画像データは、凹部112 が現れない画
像を示すものとなる。
20では、試料10の表面の一走査分の第1の画像デー
タが得られたのちに、探針21を図1図示X軸方向に沿
って試料10の図示右端から図示左端に向かって(すな
わち、前回走査した線上を逆向きに向かって)走査する
ように、画像形成回路28からXY走査機構駆動回路2
6に指示が送られる。その結果、探針21が同図図示X
軸方向に沿って試料10の図示右端から図示左端に向か
って走査(復路走査)されるとともに、探針移動制御回
路23から出力される探針移動制御信号が、XY走査機
構27の駆動に同期して画像形成回路28に取得,蓄積
されることにより、同様にして、試料10の表面の一走
査分の第2の画像データが作成される。
の走査速度を大きくすると、探針21と試料10の表面
との間の距離のフィードバック制御が突起12の部分で
追従しきれなくなるため、探針21の軌跡Lは図2
(B)に破線で示すようになる。すなわち、探針21を
同図図示右端から図示左端に向かって走査した場合に
は、前記第2の画像データは、同図図示領域A’の部分
でやはり走査方向に長く影を引いた画像を示すものとな
る。その結果、その影にあたる部分(領域A’の突起1
2よりも図示左側の部分)では、たとえ表面が平坦であ
っても、表面構造の測定がまったく不可能になるため、
前記第2の画像データは、凸部111 が現れない画像を
示すものとなる。しかし、探針21の往路走査で得られ
なかった、領域Aの突起12よりも図2(A)図示右側
の部分(図2(B)の領域B)の試料10の表面構造
は、正確に測定することができる。
の画像データの領域Aの部分のデータを前記第2の画像
データの当該領域の部分のデータと置き換えて、新たな
第3の画像データを作成する。その結果、作成された第
3の画像データは、図3に示すような探針21の軌跡L
に対応した画像を示すものとなるため、凸部111 およ
び凹部112 が現れた画像を示すものとなる。なお、前
記第3の画像データにおいても、図3に示す領域Cでは
試料10の表面構造を正確に得ることはできないが、走
査型トンネル顕微鏡による表面構造の測定では、大きな
突起12は測定の対象外であるため、特に問題となるこ
とはない。
ータを前記第2の画像データの当該領域の部分のデータ
と置き換える方法としては、たとえば、前記第1の画像
データと前記第2の画像データとを比較し、前記第1の
画像データのデータを置き換えるべき領域Aを自動認識
する方法、または、所定のしきい値を予め設定してお
き、前記第1の画像データのデータが該しきい値を超え
た領域について置換を行う方法などを用いればよい。
顕微鏡20を用いることにより、探針21の走査速度を
落すことなく、フィードバック制御が追従しきれなくな
る大きさの突起12がある試料10についても、試料1
0の表面構造を正確に測定することが可能となる。ま
た、フィードバック制御が追従しきれなくなる大きさの
突起12がある試料10に限らず、フィードバック制御
が追従しきれなくなる大きさのくぼみや段差などがある
試料についても、同様にして、表面構造を正確に測定す
るが可能となる。さらに、試料の表面構造の測定のみな
らず、試料の表面の電子状態の測定においても、同様に
して、電子状態を画像上凹凸として表現することができ
るため、正確に測定を行うことができる。
ータの領域Aの部分のデータを前記第2の画像データの
当該領域の部分のデータと置き換えたが、前記第2の画
像データの領域A’の部分のデータを前記第1の画像デ
ータの当該領域の部分のデータと置き換えてもよい。
て説明したが、原子間力顕微鏡(AFM)などを含めた
走査型プローブ顕微鏡に対して一般に適用可能である。
微鏡の一実施例である走査型トンネル顕微鏡の構成を示
す概略構成図である。
前記第2の目的を達成するためものであり、図1に示し
た走査型トンネル顕微鏡20と同様に、探針41と、探
針41と試料30の表面との間の相互作用により生じる
トンネル電流の電流値を検出する電流検出回路42と、
検出されたトンネル電流の電流値に応じて試料30の表
面と垂直方向(図示Z軸方向)に探針41を移動させ
て、探針41と試料30の表面との間の距離を変化させ
る探針移動制御回路43,Z方向移動機構駆動回路44
およびZ方向移動機構45と、探針41を試料30の表
面上で相対的に二次元走査(図示X軸方向の走査および
図示Y軸方向の走査)させるXY走査機構駆動回路46
およびXY走査機構47と、探針41が二次元走査され
ている間に探針移動制御回路43から出力される探針移
動制御信号(探針41の図示Z軸方向の移動量を指示す
る信号)を取得し、取得した探針移動制御信号より探針
41の走査領域内の二次元座標(図示XY座標)に対応
した画像データを作成して、試料30の表面構造を画像
化する画像形成回路48と、試料30に所定のバイアス
電圧を印加するバイアス電圧印加回路49とを含む。
像形成回路48が、後述するような方法により試料30
の表面構造を画像化する点で、図1に示した走査型トン
ネル顕微鏡20と異なる。
ついて、試料30が、図5(A)に示すように、矩形状
の凸部31を有する場合の試料30の表面構造を測定す
るときを例として説明する。
用により生じるトンネル電流の電流値が、電流検出回路
42によって検出される。探針移動制御回路43では、
電流検出回路42によって検出されたトンネル電流の電
流値と予め設定された電流値とが比較され、その偏差に
応じた探針移動制御信号がZ方向移動機構駆動回路44
に出力される。Z方向移動機構駆動回路44では、探針
移動制御回路43から送られてくる探針移動制御信号に
応じてZ方向駆動信号が作成されてZ方向移動機構45
に出力される。その結果、Z方向移動機構45により、
探針41と試料30の表面との間の距離が一定に保持さ
れるように、探針41が図示Z軸方向に移動される。
面との間の距離がフィードバック制御された状態で、X
Y走査機構47がXY走査機構駆動回路46により駆動
されることにより、探針41が図示X軸方向に沿って試
料30の図示左端から図示右端に向かって走査(往路走
査)されるとともに、探針移動制御回路43から出力さ
れる探針移動制御信号が、XY走査機構47の駆動に同
期して画像形成回路48に取得,蓄積される。画像形成
回路48では、探針移動制御信号が、XY座標に対応し
た高さデータとして処理されることにより、試料30の
表面の一走査分の第1の画像データが得られる。このと
き、試料30の表面構造を正確に測定するために、探針
41の走査速度を十分小さくしていても、前述したドリ
フトが発生していると、前記第1の画像データは、図5
(B)に示すように、図示右下がりの画像を示すものと
なる。
40では、試料30の表面の一走査分の第1の画像デー
タが得られたのちに、探針41を図4図示X軸方向に沿
って試料30の図示右端から図示左端に向かって(すな
わち、前回走査した線上を逆向きに向かって)走査する
ように、画像形成回路48からXY走査機構駆動回路4
6に指示が送られる。その結果、探針41が同図図示X
軸方向に沿って試料30の図示右端から図示左端に向か
って走査(復路走査)されるとともに、探針移動制御回
路43から出力される探針移動制御信号が、XY走査機
構47の駆動に同期して画像形成回路48に取得,蓄積
されることにより、同様にして、試料30の表面の一走
査分の第2の画像データが得られる。このとき、試料3
0の表面構造を正確に測定するために、探針41の走査
速度を十分小さくしていても、前述したドリフトがなお
発生しているので、前記第2の画像データは、図5
(B)に示すように、図示左下がりの画像を示すものと
なる。
タおよび前記第2の画像データより、正確な試料30の
表面構造を得るため、
像データのデータ数) Z1i=前記第1の画像データの図5(B)図示左端から
i番目のデータ Z2i=前記第1の画像データの図5(B)図示左端から
i番目のデータに対応する前記第2の画像データのデー
タ で表される演算を行う。その結果、図5(C)に示すよ
うに、演算後の画像データから、前記ドリフトの影響を
取り除くことができるため、試料30の表面構造を正確
に示す画像を得ることができる。
微鏡40を使用することにより、前記ドリフトが認めら
れた場合でも、得られる画像が安定するまで待つことな
く測定を行うことができるため、測定時間の短縮が図れ
る。
で表される演算を行う代わりに、 Zi=(Z1i+Z2i)/2 (2) で表される演算を行ってもよい。この場合には、演算後
の画像データに直流分が生じるため、探針41を二次元
的に走査して試料30の表面全体の表面構造を得る場合
には、前記ドリフトの量も時間的変化により、各走査ご
との直流分が変化して不都合が生じるときもあるが、た
とえば、試料30の一走査分の表面構造を得る場合など
では、特に問題はない。
査させる場合について行ったが、従来から行われてい
る、三角波を用いて探針を走査させても、同様の効果が
得られる。
明したが、原子間力顕微鏡(AFM)などを含めた走査
型プローブ顕微鏡に対して一般に適用可能である。
ので、次に示す効果を奏する。
ィードバック制御が追随できなくなるような突起,くぼ
みまたは段差などが試料の表面にある場合でも、第1の
画像データと第2の画像データとを比較することによ
り、前記突起などがある領域を検出することができると
ともに、検出した前記突起などがある領域において、第
1の画像データまたは第2の画像データを他方と置き換
えて第3の画像データを作成することにより、第3の画
像データにより試料の表面の状態を正確に画像化するこ
とができるため、高速かつ正確に、試料の表面構造また
は表面状態の実空間像を得ることができる。
記ドリフトが発生しているときでも、第1の画像データ
のi番目のデータZ1iと、第2の画像データの第1の画
像データのi番目のデータに対応するデータZ2iとを用
いて、
た第3の画像データZiを用いて試料の表面の状態を正
確に画像化することができるため、得られる画像が安定
するまで待つ必要がなく、測定時間の短縮が図れる。
例である走査型トンネル顕微鏡の構成を示す概略構成図
である。
針の軌跡を説明するための図であり、(A)は往路走査
での探針の軌跡を説明するための図、(B)は復路走査
での探針の軌跡を説明するための図である。
ータの置き換えを説明するための図である。
例である走査型トンネル顕微鏡の構成を示す概略構成図
である。
明するための図であり、(A)は試料の表面構造を示す
図、(B)は探針の往復走査でそれぞれ得られる第1の
画像データおよび第2の画像データを示す図、(C)は
画像形成回路で得られる演算後の画像データを示す図で
ある。
造を得るときの探針の軌跡を説明するための図である。
題を説明するための図である。
題を説明するための図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 探針と、 該探針と試料の表面との間の相互作用により生じる物理
量を検出する検出手段と、 該検出された物理量に応じて前記試料の表面と垂直方向
に前記探針を移動させて、該探針と前記試料の表面との
間の距離を変化させる探針移動制御手段と、 前記探針を前記試料の表面上で相対的に二次元走査させ
る走査手段と、 前記探針が二次元走査されている間に前記探針移動制御
手段による前記探針の移動量を前記探針移動制御手段か
ら取得し、該取得した移動量より前記探針の走査領域内
の二次元座標に対応した画像データを作成して、前記試
料の表面の状態を画像化する画像形成手段とを含む走査
型プローブ顕微鏡において、 前記走査手段が、 前記探針の二次元走査のうち走査速度の大きな走査方向
に対して、前記探針を往復走査させ、 前記画像形成手段が、 前記走査手段による前記探針の往復走査の往路走査で第
1の画像データを作成するとともに、前記走査手段によ
る前記探針の往復走査の復路走査で第2の画像データを
作成し、 前記第1の画像データと前記第2の画像データとが異な
る領域を検出し、 該検出した異なる領域における前記第1の画像データま
たは前記第2の画像データを、該検出した異なる領域に
おける該第2の画像データまたは該第1の画像データと
置き換えて、第3の画像データを作成し、 該作成した第3の画像データにより前記試料の表面の状
態を画像化することを特徴とする走査型プローブ顕微
鏡。 - 【請求項2】 前記画像形成手段が、 前記第1の画像データまたは前記第2の画像データと予
め設定された所定のしきい値とを比較して、前記異なる
領域を検出することを特徴とする請求項1記載の走査型
プローブ顕微鏡。 - 【請求項3】 探針と、 該探針と試料の表面との間の相互作用により生じる物理
量を検出する検出手段と、 該検出された物理量に応じて前記試料の表面と垂直方向
に前記探針を移動させて、該探針と前記試料の表面との
間の距離を変化させる探針移動制御手段と、 前記探針を前記試料の表面上で相対的に二次元走査させ
る走査手段と、 前記探針が二次元走査されている間に前記探針移動制御
手段による前記探針の移動量を前記探針移動制御手段か
ら取得し、該取得した移動量より前記探針の走査領域内
の二次元座標に対応した画像データを作成して、前記試
料の表面の状態を画像化する画像形成手段とを含む走査
型プローブ顕微鏡において、 前記走査手段が、 前記探針の二次元走査のうち走査速度の大きな走査方向
に対して、前記探針を往復走査させ、 前記画像形成手段が、 前記走査手段による前記探針の往復走査の往路走査で第
1の画像データを作成するとともに、前記走査手段によ
る前記探針の往復走査の復路走査で第2の画像データを
作成し、 前記第1の画像データのデータ数をNとし、該第1の画
像データのi番目のデータをZ1iとし、前記第2の画像
データの前記第1の画像データのi番目のデータに対応
するデータをZ2iとしたとき、 【数1】 で表される演算により第3の画像データZi を作成し、 該作成した第3の画像データZi により前記試料の表面
の状態を画像化することを特徴とする走査型プローブ顕
微鏡。 - 【請求項4】 前記画像形成手段が、 【数2】 で表される演算を行う代わりに、 Zi=(Z1i+Z2i)/2 で表される演算を行って第3の画像データZi を作成
し、 該作成した第3の画像データZi により前記試料の表面
の状態を画像化することを特徴とする請求項3記載の走
査型プローブ顕微鏡。
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