JPH0640001B2 - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0640001B2 JPH0640001B2 JP62100596A JP10059687A JPH0640001B2 JP H0640001 B2 JPH0640001 B2 JP H0640001B2 JP 62100596 A JP62100596 A JP 62100596A JP 10059687 A JP10059687 A JP 10059687A JP H0640001 B2 JPH0640001 B2 JP H0640001B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tip
- chip
- sample
- power source
- microscope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measuring Leads Or Probes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、チップ先端を再形成して尖鋭化するための機
構を備えた走査トンネル顕微鏡に関する。
構を備えた走査トンネル顕微鏡に関する。
［従来の技術］ 一般的な走査トンネル顕微鏡として第２図に示すような
構成の装置が知られている。
構成の装置が知られている。
第２図において１は金属チップ、３は試料、４は試料
台、５は電源、８はチップ支持部材、９ｘ，９ｙ，９ｚ
はピエゾ素子である。
台、５は電源、８はチップ支持部材、９ｘ，９ｙ，９ｚ
はピエゾ素子である。
第２図に示すように、走査トンネル顕微鏡においては、
電源５から微小電圧が印加されるチップ１と試料３との
間隔を１ｎｍ程度に接近させた状態で、試料表面に沿っ
てチップ１を微動走査するようにしている。この走査は
ピエゾ素子９ｘ，９ｙをチップ支持部材８に接続してお
き、該ピエゾ素子に電圧をかけて該チップを微動させる
ことによって行なっている。この走査に伴なって、該チ
ップが試料表面の凹部に来るとトンネル電流が減少する
ため元の電流になるまでピエゾ素子９ｚの微動によりチ
ップを下げ、逆に凸部に来るとチップを上げてトンネル
電流が一定に保たれるようにし、該ピエゾ素子９ｚに加
えた電圧の変化を取り出して画像化することにより試料
表面の凹凸を原子レベルで観測するようにしている。
電源５から微小電圧が印加されるチップ１と試料３との
間隔を１ｎｍ程度に接近させた状態で、試料表面に沿っ
てチップ１を微動走査するようにしている。この走査は
ピエゾ素子９ｘ，９ｙをチップ支持部材８に接続してお
き、該ピエゾ素子に電圧をかけて該チップを微動させる
ことによって行なっている。この走査に伴なって、該チ
ップが試料表面の凹部に来るとトンネル電流が減少する
ため元の電流になるまでピエゾ素子９ｚの微動によりチ
ップを下げ、逆に凸部に来るとチップを上げてトンネル
電流が一定に保たれるようにし、該ピエゾ素子９ｚに加
えた電圧の変化を取り出して画像化することにより試料
表面の凹凸を原子レベルで観測するようにしている。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、走査トンネル顕微鏡において観測試料面内の
原子レベルの分解能を得るためには、チップ先端の形状
を尖鋭化することが要求されているが、理想的なチップ
先端の形状としては、該チップ先端に原子が１つあるよ
うな一原子尖端であることが望まれている。
原子レベルの分解能を得るためには、チップ先端の形状
を尖鋭化することが要求されているが、理想的なチップ
先端の形状としては、該チップ先端に原子が１つあるよ
うな一原子尖端であることが望まれている。
そこで、チップ先端に原子尖端を形成するためには、例
えば電界蒸発等による方法が一般的である。この方法で
は機械的研磨または電界研磨法などによって先端の曲率
半径を１０００Å程度に加工したタングステン等の金属
製微細線材チップを超高真空槽内で加熱し、該チップの
先端を溶融すると共に該チップ先端部に高電界を印加す
ることにより、溶融したチップ表面から原子を蒸発させ
る。そして、該溶融したチップ表面に電界をかけながら
冷却することにより、チップ表面から電界蒸発する過程
にある原子を凝固させて原子尖端を形成している。
えば電界蒸発等による方法が一般的である。この方法で
は機械的研磨または電界研磨法などによって先端の曲率
半径を１０００Å程度に加工したタングステン等の金属
製微細線材チップを超高真空槽内で加熱し、該チップの
先端を溶融すると共に該チップ先端部に高電界を印加す
ることにより、溶融したチップ表面から原子を蒸発させ
る。そして、該溶融したチップ表面に電界をかけながら
冷却することにより、チップ表面から電界蒸発する過程
にある原子を凝固させて原子尖端を形成している。
従来の走査トンネル顕微鏡では、上述のような方法によ
ってあらかじめ作成された原子尖端を持つチップを試料
表面上に配置される支持部材に取り付けて使用してい
る。トンネル顕微鏡における試料観測で該チップ先端の
観測試料の間にトンネル電流を得るためには、該チップ
先端と試料表面との間隔を１ｎｍ程度まで接近させる必
要があるが、その接近動作中に該試料とチップ先端とを
接触して該チップの原子尖端を破壊してしまう場合があ
る。このような原子尖端の破壊されたチップでは原子レ
ベルの分解能が得られないため、原子尖端の形成された
チップとの交換が必要である。しかし、微細なチップの
交換には熟練と長時間を要すると共に、装置の超高真空
を破ってチップの交換を行なうような場合には該チップ
交換から真空排気を経て再び測定を開始するまでには更
に莫大な時間を要することが問題とされている。
ってあらかじめ作成された原子尖端を持つチップを試料
表面上に配置される支持部材に取り付けて使用してい
る。トンネル顕微鏡における試料観測で該チップ先端の
観測試料の間にトンネル電流を得るためには、該チップ
先端と試料表面との間隔を１ｎｍ程度まで接近させる必
要があるが、その接近動作中に該試料とチップ先端とを
接触して該チップの原子尖端を破壊してしまう場合があ
る。このような原子尖端の破壊されたチップでは原子レ
ベルの分解能が得られないため、原子尖端の形成された
チップとの交換が必要である。しかし、微細なチップの
交換には熟練と長時間を要すると共に、装置の超高真空
を破ってチップの交換を行なうような場合には該チップ
交換から真空排気を経て再び測定を開始するまでには更
に莫大な時間を要することが問題とされている。
本発明は上記問題点を考慮し、チップ先端を再形成して
尖鋭化するための機構を備えた走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的としている。
尖鋭化するための機構を備えた走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的としている。
本発明は、真空筐体内に配置されたチップと、該チップ
と試料表面との間にトンネル電流を生じせしめるため前
記チップ先端に電圧を印詳するための試料観察用電源
と、前記チップにより前記試料を走査するため前記チッ
プを試料に対して相対的に移動させるための手段を備
え、前記チップに流れるトンネル電流の検出に基づいて
前記試料表面の凹凸を表す像を表示するようにした走査
トンネル顕微鏡において、前記チップ先端を加熱するた
めの手段と、前記チップ先端を再形成して尖鋭化するた
め前記チップ先端に高電圧をかけるためのチップ再形成
用電源と、前記チップに接続される電源を前記試料観察
用電源とチップ再形成用電源間で切換えるための切換手
段を備える走査トンネル顕微鏡を特徴としている。
と試料表面との間にトンネル電流を生じせしめるため前
記チップ先端に電圧を印詳するための試料観察用電源
と、前記チップにより前記試料を走査するため前記チッ
プを試料に対して相対的に移動させるための手段を備
え、前記チップに流れるトンネル電流の検出に基づいて
前記試料表面の凹凸を表す像を表示するようにした走査
トンネル顕微鏡において、前記チップ先端を加熱するた
めの手段と、前記チップ先端を再形成して尖鋭化するた
め前記チップ先端に高電圧をかけるためのチップ再形成
用電源と、前記チップに接続される電源を前記試料観察
用電源とチップ再形成用電源間で切換えるための切換手
段を備える走査トンネル顕微鏡を特徴としている。
［作用］ 本発明における走査トンネル顕微鏡においては、チップ
先端を加熱するための手段を稼働させると共に、前記切
換手段を操作してチップに接続する電源を試料観察用電
源からチップ再形成用電源に切換えると、チップが加熱
された状態でチップに再形成用の電界がかけられるた
め、チップ先端には原子尖端が再形成される。
先端を加熱するための手段を稼働させると共に、前記切
換手段を操作してチップに接続する電源を試料観察用電
源からチップ再形成用電源に切換えると、チップが加熱
された状態でチップに再形成用の電界がかけられるた
め、チップ先端には原子尖端が再形成される。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の１実施例を説明するための断面図である。
第１図において第２図と同一の構成要素には同一番号を
付してある。
図は本発明の１実施例を説明するための断面図である。
第１図において第２図と同一の構成要素には同一番号を
付してある。
この実施例が第２図と異なるのは、断熱性絶縁材料（例
えばセラミック）で形成されるチップ支持部材８にチッ
プ電極２を設け、該チップ電極間にスイッチＳ′を介し
てチップ加熱用電源７を接続すると共に、スイッチＳを
高電界発生用電源６に接続することにより、チップ１と
試料台の間に高電圧を印加するようにした点である。
えばセラミック）で形成されるチップ支持部材８にチッ
プ電極２を設け、該チップ電極間にスイッチＳ′を介し
てチップ加熱用電源７を接続すると共に、スイッチＳを
高電界発生用電源６に接続することにより、チップ１と
試料台の間に高電圧を印加するようにした点である。
スイッチＳ及びＳ′がａ及びａ′に接続されている場
合、チップ１と試料台４及び試料台上の試料３の間には
顕微鏡電源５から１ボルト程度の電圧が印加される。該
試料とチップの間隔を１ｎｍ程度まで接近させてからピ
エゾ素子による微動走査を行ない、トンネル電流を検出
することにより従来と同様の走査トンネル顕微鏡として
動作させる。
合、チップ１と試料台４及び試料台上の試料３の間には
顕微鏡電源５から１ボルト程度の電圧が印加される。該
試料とチップの間隔を１ｎｍ程度まで接近させてからピ
エゾ素子による微動走査を行ない、トンネル電流を検出
することにより従来と同様の走査トンネル顕微鏡として
動作させる。
上記のような走査トンネル顕微鏡を用いた試料観測にお
いて、例えばチップ先端と試料とが接触し該チップの原
子尖端を破壊してしまったような場合、第１図に示すよ
うに、スイッチＳ及びＳ′をｂ及びｂ′に接続する。チ
ップ１と試料台４の間には高電界発生用電源６から数キ
ロボルトの高電圧が印加されると共にチップ電極２間に
はチップ加熱用電源からの電圧が印加される。これによ
りチップ１は該電極２間を流れる電流により加熱されて
その先端部は溶融する。また、該チップと試料台の間に
は高電圧が印加されることにより高電界が発生する。該
高電界は溶融するチップの表面の原子を電界蒸発させ
る。ここで、電界を印加したままの状態でスイッチＳ′
をａ′に接続してチップ加熱電流を断つことにより該チ
ップを自然冷却する。このように溶融するチップ表面を
強電界をかけながら冷却すると、チップ先端が完全に凝
固するまでには、該チップ表面からは電界蒸発が継続す
る。しかし、原子が蒸発過程で完全に凝固されることに
よりチップ先端には原子尖端が再形成される。
いて、例えばチップ先端と試料とが接触し該チップの原
子尖端を破壊してしまったような場合、第１図に示すよ
うに、スイッチＳ及びＳ′をｂ及びｂ′に接続する。チ
ップ１と試料台４の間には高電界発生用電源６から数キ
ロボルトの高電圧が印加されると共にチップ電極２間に
はチップ加熱用電源からの電圧が印加される。これによ
りチップ１は該電極２間を流れる電流により加熱されて
その先端部は溶融する。また、該チップと試料台の間に
は高電圧が印加されることにより高電界が発生する。該
高電界は溶融するチップの表面の原子を電界蒸発させ
る。ここで、電界を印加したままの状態でスイッチＳ′
をａ′に接続してチップ加熱電流を断つことにより該チ
ップを自然冷却する。このように溶融するチップ表面を
強電界をかけながら冷却すると、チップ先端が完全に凝
固するまでには、該チップ表面からは電界蒸発が継続す
る。しかし、原子が蒸発過程で完全に凝固されることに
よりチップ先端には原子尖端が再形成される。
更に、スイッチＳをａに接続し、該再形成されたチップ
と試料を接近させることにより再び走査トンネル顕微鏡
として試料の測定を行なうことができる。従って、顕微
鏡内でチップの先端を破壊した場合でも、従来のように
長時間をかけてチップを交換する必要はない。
と試料を接近させることにより再び走査トンネル顕微鏡
として試料の測定を行なうことができる。従って、顕微
鏡内でチップの先端を破壊した場合でも、従来のように
長時間をかけてチップを交換する必要はない。
なお、上述した実施例は本発明の１実施例に過ぎず、本
発明は変形して実施することができる。
発明は変形して実施することができる。
例えば、上述した実施例においては前記走査を行なうた
め、チップ１を移動させるようにしたが、本発明は試料
を移動させることにより前記走査を行なう型の装置にも
同様に適用できる。
め、チップ１を移動させるようにしたが、本発明は試料
を移動させることにより前記走査を行なう型の装置にも
同様に適用できる。
また、上述した実施例では電界蒸発を利用してチップ先
端を尖鋭化したが、チップ先端を加熱して溶融させ、凝
固過程に入ったチップ先端に電界をかけて先端にディッ
プを形成することにより、電界蒸発を利用せずにチップ
先端を尖鋭化する場合にも本発明は同様に適用できる。
端を尖鋭化したが、チップ先端を加熱して溶融させ、凝
固過程に入ったチップ先端に電界をかけて先端にディッ
プを形成することにより、電界蒸発を利用せずにチップ
先端を尖鋭化する場合にも本発明は同様に適用できる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明においては、前
記チップ先端を加熱するための手段と、前記チップ先端
を再形成して尖鋭化するため前記チップ先端に高電圧を
かけるためのチップ再形成用電源と、前記チップに接続
される電源を前記試料観察用電源とチップ再形成用電源
間で切換えるための手段を備えるようにしたため、チッ
プ先端を加熱するための手段を稼働させると共に、前記
切換手段を操作してチップに接続する電源を試料観察用
電源からチップ再形成用電源に切換えるだけでチップ先
端に原子尖端を再形成することができる。従って、チッ
プ尖端を破壊した場合でも長時間を掛けてチップを交換
する必要が無くなるため、チップの再形成後直ちに試料
の観察に戻る事ができ、試料観察の効率を向上させるこ
とができる。
記チップ先端を加熱するための手段と、前記チップ先端
を再形成して尖鋭化するため前記チップ先端に高電圧を
かけるためのチップ再形成用電源と、前記チップに接続
される電源を前記試料観察用電源とチップ再形成用電源
間で切換えるための手段を備えるようにしたため、チッ
プ先端を加熱するための手段を稼働させると共に、前記
切換手段を操作してチップに接続する電源を試料観察用
電源からチップ再形成用電源に切換えるだけでチップ先
端に原子尖端を再形成することができる。従って、チッ
プ尖端を破壊した場合でも長時間を掛けてチップを交換
する必要が無くなるため、チップの再形成後直ちに試料
の観察に戻る事ができ、試料観察の効率を向上させるこ
とができる。
第１図は本発明の１実施例を説明するための断面図、第
２図は従来例を説明するための図である。 １……チップ、２……チップ電極、３……試料、４……
試料台、５……顕微鏡電源、６……高電界発生用電源、
７……チップ加熱用電源、８……チップ支持部材、９
ｘ，９ｙ，９ｚ……ピエゾ素子、Ｓ及びＳ′……スイッ
チ。
２図は従来例を説明するための図である。 １……チップ、２……チップ電極、３……試料、４……
試料台、５……顕微鏡電源、６……高電界発生用電源、
７……チップ加熱用電源、８……チップ支持部材、９
ｘ，９ｙ，９ｚ……ピエゾ素子、Ｓ及びＳ′……スイッ
チ。
Claims (1)
- 【請求項１】真空筐体内に配置されたチップと、該チッ
プと試料表面との間にトンネル電流を生じせしめるため
前記チップ先端に電圧を印加するための試料観察用電源
と、前記チップにより前記試料を走査するため前記チッ
プを試料に対して相対的に移動させるための手段を備
え、前記チップに流れるトンネル電流の検出に基づいて
前記試料表面の凹凸を表す像を表示するようにした走査
トンネル顕微鏡において、前記チップ先端を加熱するた
めの手段と、前記チップ先端を再形成して尖鋭化するた
め前記チップ先端に高電圧をかけるためのチップ再形成
用電源と、前記チップに接続される電源を前記試料観察
用電源とチップ再形成用電源間で切換えるための手段を
備える走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100596A JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100596A JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265102A JPS63265102A (ja) | 1988-11-01 |
| JPH0640001B2 true JPH0640001B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=14278249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62100596A Expired - Lifetime JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640001B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02134503A (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | 走査型トンネル顕微鏡 |
| JPH02173278A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-04 | Hitachi Ltd | 微細加工方法及びその装置 |
| JP2689356B2 (ja) * | 1989-03-29 | 1997-12-10 | キヤノン株式会社 | エッジ検出装置 |
| US5132533A (en) * | 1989-12-08 | 1992-07-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming probe and apparatus therefor |
| JP3354463B2 (ja) * | 1997-12-09 | 2002-12-09 | 科学技術振興事業団 | 走査トンネル顕微鏡探針の作製方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343993A (en) | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59148230A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-24 | Fujitsu Ltd | イオン源用チツプの製造方法 |
-
1987
- 1987-04-23 JP JP62100596A patent/JPH0640001B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343993A (en) | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63265102A (ja) | 1988-11-01 |
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