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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Nikon Corp
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    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/10STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
    • G01Q60/16Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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    • GPHYSICS
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    • G01Q10/04Fine scanning or positioning
    • GPHYSICS
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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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