JPH0540009A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

走査型トンネル顕微鏡

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JPH0540009A
JPH0540009A JP3199461A JP19946191A JPH0540009A JP H0540009 A JPH0540009 A JP H0540009A JP 3199461 A JP3199461 A JP 3199461A JP 19946191 A JP19946191 A JP 19946191A JP H0540009 A JPH0540009 A JP H0540009A
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Japan
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probe
objective lens
microscope
tube scanner
scanning tunneling
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JP3199461A
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Tatsuro Otaki
達朗 大滝
Hideaki Okubo
英昭 大久保
Hiroyuki Matsushiro
弘之 松代
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    • G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
    • G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】原子分解能を得るようにして、試料の表面の観
察を精度を高め、探針の取付け作業性などを向上し、走
査時の応答性を高める。 【構成】探針２０を含むチューブスキャナ２１と、光学
顕微鏡３０の構成部材、例えば、対物レンズ系３２とが
接続されないで分離しているので、光学顕微鏡３０の振
動が走査型トンネル顕微鏡１０側に伝わらないで、原子
分解能を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学顕微鏡により、深
針の先端と試料の表面とを同時に観察することができる
走査型トンネル顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査型トンネル顕微鏡としては、
例えば、特開平２−１６４０３号公報に開示された図４
または図５に示すようなものがある。
【０００３】すなわち、図４に示すものは、対物レンズ
１にトンネル電流検出用の探針２を一体的に固設し、こ
の探針２からの微弱電流を導電膜３を通して検出するも
のである。
【０００４】図５に示すものは、対物レンズ１と試料４
との間に、光学像を変化させない透光性部材５を配し、
透光性部材５に探針６を取り付けたものである。また、
透光性部材５は対物レンズ１を支える金物や顕微鏡本体
に取り付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の走査型トンネル顕微鏡では、前者および後者
ともに、探針２，６が光学顕微鏡側に取り付けられてい
るため、光学顕微鏡本体の振動が走査型トンネル顕微鏡
の探針２等まで伝わり易い構造になっていて、例えば、
その振動が原因になって原子分解能を得ることが不可能
に近いという問題点があった。
【０００６】また、光学顕微鏡の焦点深度内に探針２の
先端が位置するように取り付けなければならないが、対
物レンズ１に一体的に取り付けると、その位置調整が困
難である。
【０００７】さらに、探針２が曲がったり、劣化しりし
て新たな探針２と交換する際に、探針２が対物レンズ１
に一体的に取り付けられている関係で、探針２の再調整
を含む交換作業が非常に困難である。
【０００８】さらに、探針２を駆動する図示省略したピ
エゾ部分や、電流を感知する部分が対物レンズ１の外周
部や透光性部材５の外周縁部にあって、探針２から離れ
ているために走査時の応答性がよくないという問題点が
あった。
【０００９】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、原子分解能を得ることができ、探
針の取付け作業性などが向上し、走査時の応答性を高め
るようにした走査型トンネル顕微鏡を提供することを目
的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、試料からの光束を平
行光束に変換する第１対物レンズ（３３）と、該平行光
束を集光する第２対物レンズ（３４）と、該第１対物レ
ンズ（３３）と第２対物レンズ（３４）との間に配置さ
れた透光性部材とを有し、前記第１対物レンズ（３３）
の中央部に光軸方向に貫通する貫通孔（３３ａ）を穿設
し、先端部にトンネル電流を検出する探針（２０）を支
持したチューブスキャナ（２１）を前記貫通孔（３３
ａ）に貫通させるとともに、前記透光性部材に該チュー
ブスキャナ（２１）を固定したことを特徴とする走査型
トンネル顕微鏡に存する。
【００１１】前記透光性部材としては、例えば、平行平
面ガラス（２５）が用いられる。その際には、平行平面
ガラス（２５）に透明電極を塗布すればよい。
【００１２】
【作用】チューブスキャナは透光性部材に固定されてお
り、光学顕微鏡から分離独立しているために、チューブ
スキャナは光学顕微鏡の振動の影響を受けない。それに
より、チューブスキャナによりその先端に支持した探針
を走査して、試料表面の原子分解能を得ることができ
る。
【００１３】探針はその先端が光学顕微鏡の焦点深度内
に位置するように取り付けられるものであるが、仮に、
探針の先端が焦点深度内になければ、対物レンズ系を光
軸方向に移動すれば、チューブスキャナが第１対物レン
ズの貫通孔を通って相対的に移動するため、簡単な操作
で探針の先端を焦点深度内に移動することができる。
【００１４】探針が曲がったり劣化たりして新たなもの
と交換するときに、探針の取付け位置が多少変位した際
にも、簡単な操作で探針の先端を焦点深度内に移動する
ことができる。
【００１５】また、チューブスキャナの外径を大きくす
る必要がなく、探針からチューブスキャナの外径までの
距離が短くなって、走査する際の探針の応答性が向上
し、走査速度を早くすることができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明
する。
【００１７】図１から図３は本発明の一実施例を示して
いる。
【００１８】図１に示すように、本実施例にかかる走査
型トンネル顕微鏡１０は探針２０を走査して試料の表面
の凹凸を観察することができるもので、補助的に光学顕
微鏡３０が設けられ、光学顕微鏡３０により探針２０の
先端と試料の表面とを同時に観察することができるもの
である。
【００１９】光学顕微鏡３０は、その光軸上に試料の拡
大像３１を得る対物レンズ系３２を備えており、対物レ
ンズ系３２は試料からの光束を平行光束に変換する第１
対物レンズ３３と、平行光束を集光して像３１を形成す
る第２対物レンズ３４とを有している。これら第１，第
２対物レンズ３３，３４はいずれも単レンズとして図示
しているが、複数枚のレンズからそれぞれ構成されても
よい。
【００２０】対物レンズ系３２は光学顕微鏡３０用の支
柱を介して走査型トンネル顕微鏡１０のベース１２に取
り付けられている。
【００２１】光学顕微鏡３０には落射照明装置が組み込
まれている。落射照明装置は、拡大像３１と第２対物レ
ンズ３４との間の光軸上に設けられるハーフミラー３５
とハーフミラー３５の側方に配される照明系３６とを備
えている。
【００２２】第１対物レンズ３３には光軸を中心とする
貫通孔３３ａが穿設されている。第１対物レンズ３３の
貫通孔３３ａにはチューブスキャナ２１が第１対物レン
ズ３３に接触することなく挿通しており、チューブスキ
ャナ２１の先端部には探針２０が一体的に支持されてい
る。
【００２３】図示省略した試料と探針２０との相対位置
を微小変位させる駆動装置としてピエゾ部が設けられて
いる。ピエゾ部の電極は図示されていないがチューブス
キャナ２１の内周面および外周面に貼着されている。
【００２４】第１，第２対物レンズ３３，３４の間の平
行光束を横切るように透光性部材である円形の平行平面
ガラス２５が配されている。平行平面ガラス２５の代り
に、例えば、不透明な円板部材の中央にチューブスキャ
ナ２１を固定し、その周囲に多数の透光孔を連設して構
成してもよい。
【００２５】走査型トンネル顕微鏡１０のベース１２に
支柱１５が立設され、支柱１５の上端部に支持プレート
１６が固定され、支持プレート１６には同じく円形の装
着用の開口１６ａが開設され、装着用の開口１６ａには
平行平面ガラス２５が嵌合している。平行平面ガラス２
５の中心部には取付け孔２６が穿設され、取付け孔２６
にはチューブスキャナ２１の上端部が嵌着されている。
【００２６】平行平面ガラス２５には図示しない透明電
極が塗布されている、透明電極は、チューブスキャナ２
１の先端にある探針２０と試料との間のトンネル電流を
感知するため等のものである。図２および図３にそれぞ
れ示すように、透明電極に代えて、ケーブル２７，２８
を用いてもよい。一方のケーブル２７はトンネル電流検
出用ケーブルであって、他方のケーブル２８はピエゾ駆
動電極用ケーブルである。
【００２７】次に作用を説明する。
【００２８】チューブスキャナ２０は平行平板ガラス２
５を介して走査型トンネル顕微鏡１０の支柱１５に固定
されており、光学顕微鏡３０の対物レンズ系３２は支柱
１５とは別の光学顕微鏡３０用の支柱に固定されてい
て、相互に分離独立しているために、チューブスキャナ
２１は光学顕微鏡３０の振動の影響を受けない。
【００２９】光学顕微鏡３０からの振動を受けないため
に、チューブスキャナ２１によりその先端に支持した探
針２０を走査して、試料の表面の原子分解能を得ること
ができる。
【００３０】チューブスキャナ２１の先端部には探針２
０が支持されており、チューブスキャナ２１を平行平面
ガラス２５に取り付けるには、チューブスキャナ２１を
第一対物レンズ３３の貫通孔３３ａに通して、チューブ
スキャナ２１の上端部を平行平面ガラス２５の取付け孔
２６に嵌着すればよい。
【００３１】このとき、探針２０の先端が第一対物レン
ズ３３の焦点深度内に位置するように取付け作業がなさ
れる。仮に、探針２０の先端が前記焦点深度内になけれ
ば、対物レンズ系３２を光軸方向に移動すればよい。そ
れにより、チューブスキャナ２１が第一対物レンズ３３
の貫通孔３３ａを通って相対的に移動するため、簡単に
探針２０の先端を焦点深度内に移動することができる。
【００３２】このようにして、探針２０の先端が第一対
物レンズ３３の焦点深度内に位置していても、探針２０
が曲がったり劣化たりして新たなものと交換した際に、
探針２０の取付け位置が多少変位した場合にも、前述の
ように、対物レンズ系３２を移動して、簡単な操作で探
針２０の先端を焦点深度内に移動することができる。
【００３３】チューブスキャナ２１が第一対物レンズ３
３の貫通孔３３ａを通って、チューブスキャナ２１の上
端部が平行平面ガラス２５の取付け孔２６に嵌着してい
るので、チューブスキャナ２１が第一対物レンズ３３を
外嵌するような構成にする必要がなく、チューブスキャ
ナ２１の外径が大きくならないで、チューブスキャナ２
１の外径に装着された図示省略したピエゾ部と探針２０
とが大きく離れないため、走査する際の探針２０の応答
性が向上し、走査速度を早くすることができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明にかかる走査型トンネル顕微鏡に
よれば、探針を含むチューブスキャナと、光学顕微鏡の
構成部材とが接続されないで分離しているので、光学顕
微鏡の振動が走査型トンネル顕微鏡側に伝わらないで、
原子分解能を得ることができ、試料の表面の観察を精度
よく行なうことができる。
【００３５】また、探針を取り付けたり、探針を交換し
たりする際には、透光性部材を対物レンズ系に対して上
下移動し、対物レンズ系の焦点深度内に探針の先端を位
置させればよいので、光学系に影響を与えずに、探針の
取付け作業性や交換作業性を向上することができる。
【００３６】さらに、探針とチューブスキャナの駆動部
との距離を短くしたので、探針への駆動伝達の遅れが少
なく、応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す走査型トンネル顕微鏡
の説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示す走査型トンネル顕微鏡
の変形例の説明図である。
【図３】本発明の一実施例を示す走査型トンネル顕微鏡
の他の変形例の説明図である。
【図４】従来例を示す走査型トンネル顕微鏡の説明図で
ある。
【図５】他の従来例を示す走査型トンネル顕微鏡の説明
図である。
【符号の説明】
１０…走査型トンネル顕微鏡 １５…支柱 ２０…探針 ２１…チューブスキャナ ２５…平行平面ガラス（透光性部材） ３０…光学顕微鏡 ３２…対物レンズ系 ３３…第１対物レンズ ３４…第２対物レンズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試料からの光束を平行光束に変換する第１
    対物レンズと、該平行光束を集光する第２対物レンズ
    と、該第１対物レンズと第２対物レンズとの間に配置さ
    れた透光性部材とを有し、 前記第１対物レンズの中央部に光軸方向に貫通する貫通
    孔を穿設し、 先端部にトンネル電流を検出する探針を支持したチュー
    ブスキャナを前記貫通孔に貫通させるとともに、前記透
    光性部材に該チューブスキャナを固定したことを特徴と
    する走査型トンネル顕微鏡。
JP3199461A 1991-08-08 1991-08-08 走査型トンネル顕微鏡 Pending JPH0540009A (ja)

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JP3199461A JPH0540009A (ja) 1991-08-08 1991-08-08 走査型トンネル顕微鏡
US07/921,130 US5276324A (en) 1991-08-08 1992-07-29 Composite scanning tunneling microscope
EP92307221A EP0527601A1 (en) 1991-08-08 1992-08-07 Composite scanning tunnelling microscope and optical microscope

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