JPH074492Y2 - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH074492Y2 JPH074492Y2 JP1989011797U JP1179789U JPH074492Y2 JP H074492 Y2 JPH074492 Y2 JP H074492Y2 JP 1989011797 U JP1989011797 U JP 1989011797U JP 1179789 U JP1179789 U JP 1179789U JP H074492 Y2 JPH074492 Y2 JP H074492Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- scanning
- count
- clock
- probe
- Prior art date
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、走査型トンネル顕微鏡における走査信号発生
回路に関する。
回路に関する。
本考案は、走査信号発生回路において、走査の方向を切
り換える必要がある場合、走査信号発生回路のアナログ
信号を入れ換える事により走査の方向を切り換えるので
はなく、走査信号発生回路内のD/Aコンバータの手前側
で走査の方向を切り換えるために必要なデジタル信号を
入れ換える事により走査の方向を切り換えるものであ
り、切換時におけるノイズの発生、電圧の誤差の発生を
極めて簡単な回路により防止し、正確に走査の方向の切
り換えを行う事のできる産業上極めて有益な走査信号発
生回路である。
り換える必要がある場合、走査信号発生回路のアナログ
信号を入れ換える事により走査の方向を切り換えるので
はなく、走査信号発生回路内のD/Aコンバータの手前側
で走査の方向を切り換えるために必要なデジタル信号を
入れ換える事により走査の方向を切り換えるものであ
り、切換時におけるノイズの発生、電圧の誤差の発生を
極めて簡単な回路により防止し、正確に走査の方向の切
り換えを行う事のできる産業上極めて有益な走査信号発
生回路である。
例えば、測定探針が設けられた圧電素子を駆動して、試
料表面と探針間の距離を一定に保持しながら、試料表面
に沿って探針を面内方向に走査し、トンネル効果を利用
してこの時の探針の高さ情報から試料表面の原子像もし
くは試料表面の三次元微細形状を得る走査型トンネル顕
微鏡においては、探針を面内方向に走査するために、第
３図（ａ）の従来の走査信号発生回路に示されるような
アップダウンカウンタとD/Aコンバータを備え、アップ
ダウンカウンタのカウントデータを動作クロックに従っ
て順次増加もしくは減少させていき、この増減するカウ
ントデータをD/Aコンバータでアナログ電圧に変換し、
出力アンプで増巾して第３図（ｂ）の圧電素子28の駆動
電極である各軸走査素子22,23に印加する事により、探
針27の走査を行う方式の走査信号発生回路が用いられて
いる。
料表面と探針間の距離を一定に保持しながら、試料表面
に沿って探針を面内方向に走査し、トンネル効果を利用
してこの時の探針の高さ情報から試料表面の原子像もし
くは試料表面の三次元微細形状を得る走査型トンネル顕
微鏡においては、探針を面内方向に走査するために、第
３図（ａ）の従来の走査信号発生回路に示されるような
アップダウンカウンタとD/Aコンバータを備え、アップ
ダウンカウンタのカウントデータを動作クロックに従っ
て順次増加もしくは減少させていき、この増減するカウ
ントデータをD/Aコンバータでアナログ電圧に変換し、
出力アンプで増巾して第３図（ｂ）の圧電素子28の駆動
電極である各軸走査素子22,23に印加する事により、探
針27の走査を行う方式の走査信号発生回路が用いられて
いる。
走査型トンネル顕微鏡においては、第４図の面内走査概
念図に示されるように試料表面に沿って、探針を面内方
向（XY方向）に走査し、一画面の測定を行うわけである
が、試料形状をより正確に把握するために走査方向を切
り換えてみる場合がある。この時、第４図の走査方向か
ら、第５図の面内走査概念図に示されるようなＸ軸走査
方向に走査方向を切り換える場合、一画面の測定が終了
し、探針が面内走査の原点27に戻った時に、Ｘ軸走査方
向切換器24、Ｙ軸走査方向切換器25、Ｘ軸Ｙ軸切換器26
によりＸ軸の正駆動電圧と負駆動電圧の切り換え、又
は、Ｘ軸とＹ軸の駆動電圧を切り換えることにより、試
料表面と探針間の距離を一定に保持したままの状態で走
査方向の切換動作を行うことになる。ところで、たとえ
ば各駆動電圧を0Vにして原点に復帰した状態にしようと
しても、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動電圧は必ずしも厳密に0Vにな
らない。通常ある微小な電圧が加わった状態で復帰して
いる。このため、Ｘ軸、Ｙ軸の正負の駆動電圧を切り換
える瞬間に探針が面内方向に動いてしまうと、試料表面
と探針間の距離を一定に保持するためのサーボ系の追従
が間に合わず、探針と試料表面が接触し、各々を損傷す
る危険があるため、切り換える瞬間の前と後とでＸ軸Ｙ
軸の正負の各駆動電圧は不変でなければならない。
念図に示されるように試料表面に沿って、探針を面内方
向（XY方向）に走査し、一画面の測定を行うわけである
が、試料形状をより正確に把握するために走査方向を切
り換えてみる場合がある。この時、第４図の走査方向か
ら、第５図の面内走査概念図に示されるようなＸ軸走査
方向に走査方向を切り換える場合、一画面の測定が終了
し、探針が面内走査の原点27に戻った時に、Ｘ軸走査方
向切換器24、Ｙ軸走査方向切換器25、Ｘ軸Ｙ軸切換器26
によりＸ軸の正駆動電圧と負駆動電圧の切り換え、又
は、Ｘ軸とＹ軸の駆動電圧を切り換えることにより、試
料表面と探針間の距離を一定に保持したままの状態で走
査方向の切換動作を行うことになる。ところで、たとえ
ば各駆動電圧を0Vにして原点に復帰した状態にしようと
しても、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動電圧は必ずしも厳密に0Vにな
らない。通常ある微小な電圧が加わった状態で復帰して
いる。このため、Ｘ軸、Ｙ軸の正負の駆動電圧を切り換
える瞬間に探針が面内方向に動いてしまうと、試料表面
と探針間の距離を一定に保持するためのサーボ系の追従
が間に合わず、探針と試料表面が接触し、各々を損傷す
る危険があるため、切り換える瞬間の前と後とでＸ軸Ｙ
軸の正負の各駆動電圧は不変でなければならない。
しかしながら、第３図に示されるような従来の走査信号
発生回路においては、Ｘ軸駆動素子22やＹ軸駆動素子23
に印加されるＸ軸正駆動電圧18やＸ軸負駆動電圧19やＹ
軸正駆動電圧20やＹ軸負駆動電圧21を、Ｘ軸走査方向切
換器24やＹ軸走査方向切換器25やＸ軸Ｙ軸切換器26で入
れ換える事により走査方向の切り換えを行っている。こ
の回路において走査方向の切り換えを行う際に探針の面
内位置駆動電圧が変化しないようにするためには、切換
対象となる各駆動電圧の電圧値を切り換え前後で正確に
一致させなければならず、また、切換時のノイズの発生
も皆無でなければならないわけであるが、この事は事実
上非常に困難であり、実際は、切換時において各駆動電
圧が若干の変動を生じてしまい、探針が面内方向に動い
てしまう危険があった。
発生回路においては、Ｘ軸駆動素子22やＹ軸駆動素子23
に印加されるＸ軸正駆動電圧18やＸ軸負駆動電圧19やＹ
軸正駆動電圧20やＹ軸負駆動電圧21を、Ｘ軸走査方向切
換器24やＹ軸走査方向切換器25やＸ軸Ｙ軸切換器26で入
れ換える事により走査方向の切り換えを行っている。こ
の回路において走査方向の切り換えを行う際に探針の面
内位置駆動電圧が変化しないようにするためには、切換
対象となる各駆動電圧の電圧値を切り換え前後で正確に
一致させなければならず、また、切換時のノイズの発生
も皆無でなければならないわけであるが、この事は事実
上非常に困難であり、実際は、切換時において各駆動電
圧が若干の変動を生じてしまい、探針が面内方向に動い
てしまう危険があった。
上記課題を解決するため本考案にあっては、探針を試料
間との距離を制御しながら試料表面上を２次元走査する
ための圧電素子を有する走査型トンネル顕微鏡におい
て、前記探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向に走査させる各走査
信号発生回路は、動作クロック発生器と、前記動作クロ
ック発生器からの動作クロックに従ってあらかじめ決め
られた走査のシーケンスに従ってカウントアップクロッ
クとカウントダウンクロックを出力するＸ軸走査コント
ローラ及びＹ軸走査コントローラと、前記各走査コント
ローラからのカウントアップクロックとカウントダウン
クロックを入力し該両クロックのクロック数に従い順次
カウントアップ又はカウントダウンするＸ軸アップダウ
ンカウンタ及びＹ軸アップダウンカウンタと、前記各ア
ップダウンカウンタのデータをＸ軸及びＹ軸走査電圧に
変換するＸ軸側及びＹ軸側D/Aコンバータと、前記各走
査電圧を増幅する各出力アンプと、該各出力アンプで増
幅された電圧を入力し前記探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向に
駆動する前記圧電素子上に形成されるＸ軸駆動電極及び
Ｙ軸駆動電極とからなって、走査方向を切り換えたい時
には必要に応じて前記探針のＸ軸走査方向、Ｙ軸走査方
向を正負に切り換える、又はＸ軸とＹ軸との間で走査方
向を切り換えるように前記各D/Aコンバータに入力する
データを切り換えるＸ軸走査方向切換器、Ｙ軸走査方向
切換器、及びＸ軸Ｙ軸切換器を前記各アップダウンカウ
ンタあるいは各D/Aコンバータの前段に有することを特
徴とする。
間との距離を制御しながら試料表面上を２次元走査する
ための圧電素子を有する走査型トンネル顕微鏡におい
て、前記探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向に走査させる各走査
信号発生回路は、動作クロック発生器と、前記動作クロ
ック発生器からの動作クロックに従ってあらかじめ決め
られた走査のシーケンスに従ってカウントアップクロッ
クとカウントダウンクロックを出力するＸ軸走査コント
ローラ及びＹ軸走査コントローラと、前記各走査コント
ローラからのカウントアップクロックとカウントダウン
クロックを入力し該両クロックのクロック数に従い順次
カウントアップ又はカウントダウンするＸ軸アップダウ
ンカウンタ及びＹ軸アップダウンカウンタと、前記各ア
ップダウンカウンタのデータをＸ軸及びＹ軸走査電圧に
変換するＸ軸側及びＹ軸側D/Aコンバータと、前記各走
査電圧を増幅する各出力アンプと、該各出力アンプで増
幅された電圧を入力し前記探針をＸ軸方向、Ｙ軸方向に
駆動する前記圧電素子上に形成されるＸ軸駆動電極及び
Ｙ軸駆動電極とからなって、走査方向を切り換えたい時
には必要に応じて前記探針のＸ軸走査方向、Ｙ軸走査方
向を正負に切り換える、又はＸ軸とＹ軸との間で走査方
向を切り換えるように前記各D/Aコンバータに入力する
データを切り換えるＸ軸走査方向切換器、Ｙ軸走査方向
切換器、及びＸ軸Ｙ軸切換器を前記各アップダウンカウ
ンタあるいは各D/Aコンバータの前段に有することを特
徴とする。
アナログ信号の場合は、その電圧値が重要なデータであ
るため、データを一定に保つためには電圧値を一定に保
持しなければならないが、デジタル信号の場合は、その
データを必要な桁数の２値化された信号として表現され
たものであり、各桁がハイレベルであるかローレベルで
あるかがデータとしての意味を持っており、データを一
定に保つためには各桁の電圧値が２値化するための境目
であるスレッショルドレベルを超えて逆レベルにならな
い程度に電圧値を保持すれば良いことから、上記手段に
よれば走査方向の切換時に一定に保持しなければならな
い駆動電圧に直接影響のあるアナログ信号を切り換える
のではなく、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/
Aコンバータの手前側で、走査方向の切り換えに必要な
デジタル信号を、その電圧値がスレッショルドレベルを
超えない程度に保持しながら切り換えることができる。
そのため走査方向の切換時に面内方向の駆動電圧に誤差
やノイズが発生する事がなくなり、一定に保持する事が
可能となった。
るため、データを一定に保つためには電圧値を一定に保
持しなければならないが、デジタル信号の場合は、その
データを必要な桁数の２値化された信号として表現され
たものであり、各桁がハイレベルであるかローレベルで
あるかがデータとしての意味を持っており、データを一
定に保つためには各桁の電圧値が２値化するための境目
であるスレッショルドレベルを超えて逆レベルにならな
い程度に電圧値を保持すれば良いことから、上記手段に
よれば走査方向の切換時に一定に保持しなければならな
い駆動電圧に直接影響のあるアナログ信号を切り換える
のではなく、デジタル信号をアナログ信号に変換するD/
Aコンバータの手前側で、走査方向の切り換えに必要な
デジタル信号を、その電圧値がスレッショルドレベルを
超えない程度に保持しながら切り換えることができる。
そのため走査方向の切換時に面内方向の駆動電圧に誤差
やノイズが発生する事がなくなり、一定に保持する事が
可能となった。
本実施例は、走査型トンネル顕微鏡の探針を面内方向に
走査するための走査信号発生回路として構成されたもの
であり、以下、図面に従って説明を行う。
走査するための走査信号発生回路として構成されたもの
であり、以下、図面に従って説明を行う。
第１図は第一実施例による走査信号発生回路を示すブロ
ック図である。制御対象となる探針部は第３図（ｂ）と
同様で省略してある。
ック図である。制御対象となる探針部は第３図（ｂ）と
同様で省略してある。
Ｘ軸及びＹ軸のアップダウンカウンタのカウントクロッ
クを発生する動作クロック発生器１から出力される動作
クロックは、Ｘ軸側とＹ軸側に振り分けられてそれぞれ
Ｘ軸の走査を制御するＸ軸走査コントローラ２とＹ軸の
走査を制御するＹ軸走査コントローラ３に入力される。
クを発生する動作クロック発生器１から出力される動作
クロックは、Ｘ軸側とＹ軸側に振り分けられてそれぞれ
Ｘ軸の走査を制御するＸ軸走査コントローラ２とＹ軸の
走査を制御するＹ軸走査コントローラ３に入力される。
以下Ｘ軸側,Y軸側とも同様であるので、Ｘ軸側のみ説明
をする。
をする。
Ｘ軸走査コントローラ２では、入力された動作クロック
を走査のシーケンスに従って走査方向により、Ｘ軸カウ
ントアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５
に切り換えて出力する。この両クロックはそれぞれＸ軸
アップダウンカウンタ８のカウントアップ入力とカウン
トダウン入力に入力され、Ｘ軸アップダウンカウンタ８
は、入力された両クロックのクロック数に従い順次カウ
ントアップ又はカウントダウンしていく。例えば４ビッ
トのアップダウンカウンタで考える。通常は12ビット、
16ビットのアップダウンカウンタを使うが説明をわかり
やすくするために４ビットで考える。。第４図におい
て、探針が走査面内の中心にある時のＸ軸アップダウン
カウンタ８、Ｙ軸アップダウンカウンタ９のカウントデ
ータをまとめて（1000,1000）というカウントデータと
して表すとする。すなわち括弧内のカンマの前がＸ軸カ
ウントデータを示し、後がＹ軸カウントデータを示すと
する。第４図においては探針はＸ軸負方向,Y軸負方向に
動く。従って、Ｘ軸走査コントローラ２はあらかじめ決
められた走査シーケンスに従って、Ｘ軸カウントダウン
クロック５、Ｙ軸カウントダウンクロック７を動作させ
る。すると、アップダウンカウンタ８、アップダウンカ
ウンタ９はカウントダウンし、そのカウントデータは
（0111,0111）となる。その後順次カウントダウンし、
（0001,0001）になると、第４図において、探針は左下
隅に来る。左下隅に来たら第４図において探針をＸ軸に
平行に正方向に動くように走査させる。従って、Ｘ軸走
査コントローラ２はＸ軸カウントアップクロック４を出
力する。すると、アップダウンカウンタ８はカウントア
ップし、カウントデータは（0001,0001）となる。その
後アップダウンカウンタ８は順次カウントアップし、カ
ウントデータが（1111,0001）となって、探針は右下隅
に来る。次に探針を下から２番目の走査線の始点に戻
す。この場合Ｘ軸カウントダウンクロック５が動作し、
アップダウンカウンタ８は順次カウントダウンし、カウ
ントデータは（1111、0001）からスタートし、（1110,0
001）・・・（0010,0001）となり、次に（0001,0010）
となる。すなわちこの時、Ｙ軸のアップダウンカウンタ
９のカウントデータはＸ軸アップダウンカウンタ８が
［0001］に戻る時に［0010］にすればよい。第４図にお
いては探針が戻る時に斜めの線上を戻るようになってい
る。これはアップダウンカウンタ８、９としてもっと高
ビットのものを用い、走査間隔を複数ビットにした場合
の探針の戻り方を模式的に表している。この場合アップ
ダウンカウンタ８がカウントダウンする途中途中でアッ
プダウンカウンタ９をカウントアップするものである。
この時探針は段階的に戻るが、スムージングして斜線で
表してある。こうして順次下からＸ軸正方向に走査し、
一番上まで走査した後、カウントデータが（1111,111
1）になったあと、各アップダウンカウンタを順次カウ
ントダウンし原点復帰させる。この時、カウントデータ
は（1000、1000）となっている。
を走査のシーケンスに従って走査方向により、Ｘ軸カウ
ントアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５
に切り換えて出力する。この両クロックはそれぞれＸ軸
アップダウンカウンタ８のカウントアップ入力とカウン
トダウン入力に入力され、Ｘ軸アップダウンカウンタ８
は、入力された両クロックのクロック数に従い順次カウ
ントアップ又はカウントダウンしていく。例えば４ビッ
トのアップダウンカウンタで考える。通常は12ビット、
16ビットのアップダウンカウンタを使うが説明をわかり
やすくするために４ビットで考える。。第４図におい
て、探針が走査面内の中心にある時のＸ軸アップダウン
カウンタ８、Ｙ軸アップダウンカウンタ９のカウントデ
ータをまとめて（1000,1000）というカウントデータと
して表すとする。すなわち括弧内のカンマの前がＸ軸カ
ウントデータを示し、後がＹ軸カウントデータを示すと
する。第４図においては探針はＸ軸負方向,Y軸負方向に
動く。従って、Ｘ軸走査コントローラ２はあらかじめ決
められた走査シーケンスに従って、Ｘ軸カウントダウン
クロック５、Ｙ軸カウントダウンクロック７を動作させ
る。すると、アップダウンカウンタ８、アップダウンカ
ウンタ９はカウントダウンし、そのカウントデータは
（0111,0111）となる。その後順次カウントダウンし、
（0001,0001）になると、第４図において、探針は左下
隅に来る。左下隅に来たら第４図において探針をＸ軸に
平行に正方向に動くように走査させる。従って、Ｘ軸走
査コントローラ２はＸ軸カウントアップクロック４を出
力する。すると、アップダウンカウンタ８はカウントア
ップし、カウントデータは（0001,0001）となる。その
後アップダウンカウンタ８は順次カウントアップし、カ
ウントデータが（1111,0001）となって、探針は右下隅
に来る。次に探針を下から２番目の走査線の始点に戻
す。この場合Ｘ軸カウントダウンクロック５が動作し、
アップダウンカウンタ８は順次カウントダウンし、カウ
ントデータは（1111、0001）からスタートし、（1110,0
001）・・・（0010,0001）となり、次に（0001,0010）
となる。すなわちこの時、Ｙ軸のアップダウンカウンタ
９のカウントデータはＸ軸アップダウンカウンタ８が
［0001］に戻る時に［0010］にすればよい。第４図にお
いては探針が戻る時に斜めの線上を戻るようになってい
る。これはアップダウンカウンタ８、９としてもっと高
ビットのものを用い、走査間隔を複数ビットにした場合
の探針の戻り方を模式的に表している。この場合アップ
ダウンカウンタ８がカウントダウンする途中途中でアッ
プダウンカウンタ９をカウントアップするものである。
この時探針は段階的に戻るが、スムージングして斜線で
表してある。こうして順次下からＸ軸正方向に走査し、
一番上まで走査した後、カウントデータが（1111,111
1）になったあと、各アップダウンカウンタを順次カウ
ントダウンし原点復帰させる。この時、カウントデータ
は（1000、1000）となっている。
Ｘ軸アップダウンカウンタ８から出力されるＸ軸カウン
トデータ10はＸ軸走査方向切換器24とＸ軸Ｙ軸切換器26
を経由してＸ軸D/Aコンバータ12又はＹ軸D/Aコンバータ
13に入力される。走査方向の切り換えを行わない場合
は、Ｘ軸カウントデータ10はＸ軸走査方向切換器24を素
通りしてＸ軸Ｙ軸切換器26も素通りしてそのままＸ軸D/
Aコンバータ12に入力される。走査方向の切り換えを行
う場合は、Ｘ軸走査方向切換器24により、Ｘ軸カウント
データ10の各桁の信号を、走査原点を中心として方向が
切り換わるように入れ換えれば良い。たとえばＸ軸カウ
ントデータ10の各桁の信号をインバータに通すようにす
る。この時、カウントデータ（1000,1000）は（0111,10
00）となる。Ｘ軸走査方向切換器24を動作させた後の探
針の動きは以下のようである。第４図に示すような面内
走査をするようにアップダウンカウンタ８から出てくる
データはインバートされることにより、（0111,1000）
（1000,0111）（1001,0110）・・・（1110,0001）とな
って、第５図に示すような軌跡を通って、探針が右下隅
に来る。この後Ｘ軸カウントデータは順次ディクリメン
トされ、カウントデータは（1110,0001）（1101、000
1）・・・（0000,0001）となる。このあと、第４図にお
いて（1111、0001）からスタートし、（1110,0001）・
・・（0010,0001）となり、次に（0001,0010）となって
いたデータは、インバータをとおることにより、（000
0,0001）（0001,0001）・・・（1101,0001）となり、次
に（1110,0010）となる。すなわちＹ軸アップダウンカ
ウンタ９からのカウントデータ11はＹ軸走査方向切換器
25によって走査方向を切り換えないとすれば、探針は第
５図に示すようにＸ軸負方向に走査する。すなわち、Ｘ
軸走査方向切換器24によって、Ｘ軸の走査方向が、正方
向から負方向に切り換わっている。Ｘ軸Ｙ軸を切り換え
る場合は、Ｘ軸Ｙ軸切換器26により、Ｘ軸カウントデー
タ10をＹ軸D/Aコンバータ13に、Ｙ軸カウントデータ11
をＸ軸D/Aコンバータ12に入力されるように両信号を入
れ換えれば良い。これらの切り換えは、走査が原点に戻
っている状態で行うものであり、その場合、入れ換える
べき各信号のロジックレベルは同じであるので、切換時
のカウントデータの誤差は極めて微小であるか又は発生
しない。また、各切換器の各切換部分を走査が原点に戻
っている状態におけるカウントデータのロジックレベル
側にプルアップ又はプルダウンしておく事により、切り
換える瞬間のノイズも皆無となる。
トデータ10はＸ軸走査方向切換器24とＸ軸Ｙ軸切換器26
を経由してＸ軸D/Aコンバータ12又はＹ軸D/Aコンバータ
13に入力される。走査方向の切り換えを行わない場合
は、Ｘ軸カウントデータ10はＸ軸走査方向切換器24を素
通りしてＸ軸Ｙ軸切換器26も素通りしてそのままＸ軸D/
Aコンバータ12に入力される。走査方向の切り換えを行
う場合は、Ｘ軸走査方向切換器24により、Ｘ軸カウント
データ10の各桁の信号を、走査原点を中心として方向が
切り換わるように入れ換えれば良い。たとえばＸ軸カウ
ントデータ10の各桁の信号をインバータに通すようにす
る。この時、カウントデータ（1000,1000）は（0111,10
00）となる。Ｘ軸走査方向切換器24を動作させた後の探
針の動きは以下のようである。第４図に示すような面内
走査をするようにアップダウンカウンタ８から出てくる
データはインバートされることにより、（0111,1000）
（1000,0111）（1001,0110）・・・（1110,0001）とな
って、第５図に示すような軌跡を通って、探針が右下隅
に来る。この後Ｘ軸カウントデータは順次ディクリメン
トされ、カウントデータは（1110,0001）（1101、000
1）・・・（0000,0001）となる。このあと、第４図にお
いて（1111、0001）からスタートし、（1110,0001）・
・・（0010,0001）となり、次に（0001,0010）となって
いたデータは、インバータをとおることにより、（000
0,0001）（0001,0001）・・・（1101,0001）となり、次
に（1110,0010）となる。すなわちＹ軸アップダウンカ
ウンタ９からのカウントデータ11はＹ軸走査方向切換器
25によって走査方向を切り換えないとすれば、探針は第
５図に示すようにＸ軸負方向に走査する。すなわち、Ｘ
軸走査方向切換器24によって、Ｘ軸の走査方向が、正方
向から負方向に切り換わっている。Ｘ軸Ｙ軸を切り換え
る場合は、Ｘ軸Ｙ軸切換器26により、Ｘ軸カウントデー
タ10をＹ軸D/Aコンバータ13に、Ｙ軸カウントデータ11
をＸ軸D/Aコンバータ12に入力されるように両信号を入
れ換えれば良い。これらの切り換えは、走査が原点に戻
っている状態で行うものであり、その場合、入れ換える
べき各信号のロジックレベルは同じであるので、切換時
のカウントデータの誤差は極めて微小であるか又は発生
しない。また、各切換器の各切換部分を走査が原点に戻
っている状態におけるカウントデータのロジックレベル
側にプルアップ又はプルダウンしておく事により、切り
換える瞬間のノイズも皆無となる。
これら切換時の誤差，ノイズの発生のない切換器を経由
したカウントデータは、Ｘ軸D/Aコンバータ12でＸ軸走
査電圧14に変換され、Ｘ軸出力アンプ16で増巾されてＸ
軸正駆動電圧18とＸ軸負駆動電圧19となりＸ軸駆動素子
22に印加される事により、印加された電圧に従って探針
のＸ軸方向への走査が行われる。
したカウントデータは、Ｘ軸D/Aコンバータ12でＸ軸走
査電圧14に変換され、Ｘ軸出力アンプ16で増巾されてＸ
軸正駆動電圧18とＸ軸負駆動電圧19となりＸ軸駆動素子
22に印加される事により、印加された電圧に従って探針
のＸ軸方向への走査が行われる。
以上の構成にする事により、切換時の電圧の誤差やノイ
ズの発生なく、一定の電圧を保持したままで走査方向の
切り換えが可能となる。
ズの発生なく、一定の電圧を保持したままで走査方向の
切り換えが可能となる。
第２図は第二実施例による走査信号発生回路を示すブロ
ック図である。
ック図である。
第二実施例においても第一実施例と同様な構成部分があ
るので、以下、第一実施例と異なる部分のみ説明を行
う。
るので、以下、第一実施例と異なる部分のみ説明を行
う。
第一実施例においては、アップダウンカウンタのカウン
トデータを入れ換える事により走査方向の切り換えを行
ったが、第二実施例においては、アップダウンカウンタ
に入力されるカウントアップ入力とカウントダウン入力
を入れ換える事により走査方向の切り換えを行う事とし
た。
トデータを入れ換える事により走査方向の切り換えを行
ったが、第二実施例においては、アップダウンカウンタ
に入力されるカウントアップ入力とカウントダウン入力
を入れ換える事により走査方向の切り換えを行う事とし
た。
Ｘ軸走査コントローラ２から出力されるＸ軸カウントア
ップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５はＸ軸
走査方向切換器24とＸ軸Ｙ軸切換器26を経由してＸ軸ア
ップダウンカウンタ８又はＹ軸アップダウンカウンタ９
に入力される。走査方向の切り換えを行わない場合は、
Ｘ軸カウントアップクロック４とＸ軸カウントダウンク
ロック５はＸ軸走査方向切換器24を素通りしてＸ軸Ｙ軸
切換器26も素通りしてそのままＸ軸アップダウンカウン
タ８のカウントアップ入力とカウントダウン入力にそれ
ぞれ入力される。この場合第４図の動きをさせるには、
Ｘ軸走査コントローラ２及びＹ軸走査コントローラ３は
第１実施例と同様の出力をする。走査方向の切り換えを
行う場合は、Ｘ軸走査方向切換器24により、Ｘ軸カウン
トアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５を
入れ換えれば良い。よって、この場合はカウントアップ
クロック４はＸ軸アップダウンカウンタ８のカウントデ
ータをカウントダウンするように、又、カウントダウン
クロック５はアップダウンカウンタ８のカウントデータ
をカウントアップさせるように働く。よって、第４図に
おいて原点からスタートして、（0111,0111）（0110,01
10）（0101,0101）・・・・（0001,0001）というように
Ｘ軸Ｙ軸方向にともにカウントダウンしていたデータ
は、Ｘ軸方向においてはカウントアップするので、（10
01,0111）（1010,0110）（1011,0101）・・・・（1111,
0001）となり、探針は第５図に示すように右下隅にく
る。次に第４図においてＸ軸方向に［0001］から［111
1］までカウントアップしていたデータは［1111］から
［0001］までカウントダウンする。よって、第５図に示
すように探針は右下隅からＸ軸負方向に走査し、左下隅
にくる。次に第４図においてＸ軸方向に［1111］から
［0001］までカウントダウンしていたデータは［0001］
から［1111］までカウントアップする。よって、第５図
に示すように探針は左下隅から、右隅の下から２本目の
走査線の開始点にもどる。以下Ｘ軸方向にカウントアッ
プしていたデータはカウントダウンし、又カウントダウ
ンしていたデータはカウントアップすることにより、結
局、探針は第５図に示すようにＸ軸負方向に走査する。
すなわちＸ軸方向に正負の走査方向が切り換わるＸ軸Ｙ
軸を切り換える場合は、Ｘ軸Ｙ軸切換器26により、Ｘ軸
カウントアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロッ
ク５がそれぞれＹ軸アップダウンカウンタ９のカウント
アップ入力とカウントダウン入力に、そしてＹ軸カウン
トアップクロック６とＹ軸カウントダウンクロック７が
それぞれＸ軸アップダウンカウンタ８のカウントアップ
入力とカウントダウン入力に入力されるように、それぞ
れの信号を入れ換えれば良い。これらの切り換えは、走
査が原点に戻って停止している状態で行うものであり、
その場合、停止しているのであるから当然入れ換えるべ
き各クロック信号は発生しておらず、各クロック信号は
同じ非アクティブのロジックレベルであるため、切換時
に何ら誤差は発生しない。
ップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５はＸ軸
走査方向切換器24とＸ軸Ｙ軸切換器26を経由してＸ軸ア
ップダウンカウンタ８又はＹ軸アップダウンカウンタ９
に入力される。走査方向の切り換えを行わない場合は、
Ｘ軸カウントアップクロック４とＸ軸カウントダウンク
ロック５はＸ軸走査方向切換器24を素通りしてＸ軸Ｙ軸
切換器26も素通りしてそのままＸ軸アップダウンカウン
タ８のカウントアップ入力とカウントダウン入力にそれ
ぞれ入力される。この場合第４図の動きをさせるには、
Ｘ軸走査コントローラ２及びＹ軸走査コントローラ３は
第１実施例と同様の出力をする。走査方向の切り換えを
行う場合は、Ｘ軸走査方向切換器24により、Ｘ軸カウン
トアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロック５を
入れ換えれば良い。よって、この場合はカウントアップ
クロック４はＸ軸アップダウンカウンタ８のカウントデ
ータをカウントダウンするように、又、カウントダウン
クロック５はアップダウンカウンタ８のカウントデータ
をカウントアップさせるように働く。よって、第４図に
おいて原点からスタートして、（0111,0111）（0110,01
10）（0101,0101）・・・・（0001,0001）というように
Ｘ軸Ｙ軸方向にともにカウントダウンしていたデータ
は、Ｘ軸方向においてはカウントアップするので、（10
01,0111）（1010,0110）（1011,0101）・・・・（1111,
0001）となり、探針は第５図に示すように右下隅にく
る。次に第４図においてＸ軸方向に［0001］から［111
1］までカウントアップしていたデータは［1111］から
［0001］までカウントダウンする。よって、第５図に示
すように探針は右下隅からＸ軸負方向に走査し、左下隅
にくる。次に第４図においてＸ軸方向に［1111］から
［0001］までカウントダウンしていたデータは［0001］
から［1111］までカウントアップする。よって、第５図
に示すように探針は左下隅から、右隅の下から２本目の
走査線の開始点にもどる。以下Ｘ軸方向にカウントアッ
プしていたデータはカウントダウンし、又カウントダウ
ンしていたデータはカウントアップすることにより、結
局、探針は第５図に示すようにＸ軸負方向に走査する。
すなわちＸ軸方向に正負の走査方向が切り換わるＸ軸Ｙ
軸を切り換える場合は、Ｘ軸Ｙ軸切換器26により、Ｘ軸
カウントアップクロック４とＸ軸カウントダウンクロッ
ク５がそれぞれＹ軸アップダウンカウンタ９のカウント
アップ入力とカウントダウン入力に、そしてＹ軸カウン
トアップクロック６とＹ軸カウントダウンクロック７が
それぞれＸ軸アップダウンカウンタ８のカウントアップ
入力とカウントダウン入力に入力されるように、それぞ
れの信号を入れ換えれば良い。これらの切り換えは、走
査が原点に戻って停止している状態で行うものであり、
その場合、停止しているのであるから当然入れ換えるべ
き各クロック信号は発生しておらず、各クロック信号は
同じ非アクティブのロジックレベルであるため、切換時
に何ら誤差は発生しない。
また、入れ換えるべき各クロック信号の各切換部分を非
アクティブのロジックレベル側にプルアップ又はプルダ
ウンしておく事により、切り換える瞬間のノイズも皆無
となる。
アクティブのロジックレベル側にプルアップ又はプルダ
ウンしておく事により、切り換える瞬間のノイズも皆無
となる。
Ｙ軸側も同様である。また、以下の構成と働きは第一実
施例と同様であるので省略する。
施例と同様であるので省略する。
以上の構成にする事により、切換時の電圧の誤差やノイ
ズの発生なく、一定の電圧を保持したままで走査方向の
切り換えが可能となる。
ズの発生なく、一定の電圧を保持したままで走査方向の
切り換えが可能となる。
以上のように、Ｘ軸走査方向切換器、Ｙ軸走査方向切換
器及びＸ軸Ｙ軸切換器を各アップダウンカウンタ又は各
D/Aコンバータの前段に配したことにより、切換時にお
ける電圧の誤差およびノイズの発生を極めて簡単な回路
構成により防止し、一定の電圧を保持したままで走査方
向の切り換えを行う事が可能となり、その結果、切換時
における探針と試料表面の接触によるその双方の損傷の
防止が可能となる。
器及びＸ軸Ｙ軸切換器を各アップダウンカウンタ又は各
D/Aコンバータの前段に配したことにより、切換時にお
ける電圧の誤差およびノイズの発生を極めて簡単な回路
構成により防止し、一定の電圧を保持したままで走査方
向の切り換えを行う事が可能となり、その結果、切換時
における探針と試料表面の接触によるその双方の損傷の
防止が可能となる。
第１図は本考案第一実施例による走査信号発生回路図、
第２図は本考案第二実施例による走査信号発生回路図、
第３図（ａ）は従来の走査信号発生回路図、第３図
（ｂ）は探針の走査説明図、第４図は面内走査概念図、
第５図はＸ軸走査方向切換後の面内走査概念図を示した
ものである。 １……動作クロック発生器 ２……Ｘ軸走査コントローラ ３……Ｙ軸走査コントローラ ４……Ｘ軸カウントアップクロック ５……Ｘ軸カウントダウンクロック ６……Ｙ軸カウントアップクロック ７……Ｙ軸カウントダウンクロック ８……Ｘ軸アップダウンカウンタ ９……Ｙ軸アップダウンカウンタ 10……Ｘ軸カウントデータ 11……Ｙ軸カウントデータ 12……Ｘ軸D/Aコンバータ 13……Ｙ軸D/Aコンバータ 14……Ｘ軸走査電圧 15……Ｙ軸走査電圧 16……Ｘ軸出力アンプ 17……Ｙ軸出力アンプ 18……Ｘ軸正駆動電圧 19……Ｘ軸負駆動電圧 20……Ｙ軸正駆動電圧 21……Ｙ軸負駆動電圧 22……Ｘ軸駆動素子 23……Ｙ軸駆動素子 24……Ｘ軸走査方向切換器 25……Ｙ軸走査方向切換器 26……Ｘ軸Ｙ軸切換器 27……面内走査の原点 28……面内走査範囲 29……走査軌跡
第２図は本考案第二実施例による走査信号発生回路図、
第３図（ａ）は従来の走査信号発生回路図、第３図
（ｂ）は探針の走査説明図、第４図は面内走査概念図、
第５図はＸ軸走査方向切換後の面内走査概念図を示した
ものである。 １……動作クロック発生器 ２……Ｘ軸走査コントローラ ３……Ｙ軸走査コントローラ ４……Ｘ軸カウントアップクロック ５……Ｘ軸カウントダウンクロック ６……Ｙ軸カウントアップクロック ７……Ｙ軸カウントダウンクロック ８……Ｘ軸アップダウンカウンタ ９……Ｙ軸アップダウンカウンタ 10……Ｘ軸カウントデータ 11……Ｙ軸カウントデータ 12……Ｘ軸D/Aコンバータ 13……Ｙ軸D/Aコンバータ 14……Ｘ軸走査電圧 15……Ｙ軸走査電圧 16……Ｘ軸出力アンプ 17……Ｙ軸出力アンプ 18……Ｘ軸正駆動電圧 19……Ｘ軸負駆動電圧 20……Ｙ軸正駆動電圧 21……Ｙ軸負駆動電圧 22……Ｘ軸駆動素子 23……Ｙ軸駆動素子 24……Ｘ軸走査方向切換器 25……Ｙ軸走査方向切換器 26……Ｘ軸Ｙ軸切換器 27……面内走査の原点 28……面内走査範囲 29……走査軌跡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中川 春樹 埼玉県三郷市鷹野３丁目63番地 株式会社 小坂研究所三郷工場内 (72)考案者 石原 健一郎 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内 審査官 新井 重雄
Claims (1)
- 【請求項１】探針を試料間との距離を制御しながら試料
表面上を２次元走査するための圧電素子を有する走査型
トンネル顕微鏡において、前記探針をＸ軸方向、Ｙ軸方
向に走査させる各走査信号発生回路は、動作クロック発
生器と、前記動作クロック発生器からの動作クロックに
従ってあらかじめ決められた走査のシーケンスに従って
カウントアップクロックとカウントダウンクロックを出
力するＸ軸走査コントローラ及びＹ軸走査コントローラ
と、前記各走査コントローラからのカウントアップクロ
ックとカウントダウンクロックを入力し該両クロックの
クロック数に従い順次カウントアップ又はカウントダウ
ンするＸ軸アップダウンカウンタ及びＹ軸アップダウン
カウンタと、前記各アップダウンカウンタのデータをＸ
軸及びＹ軸走査電圧に変換するＸ軸側及びＹ軸側D/Aコ
ンバータと、前記各走査電圧を増幅する各出力アンプ
と、該各出力アンプで増幅された電圧を入力し前記探針
をＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動する前記圧電素子上に形成
されるＸ軸駆動電極及びＹ軸駆動電極とからなって、走
査方向を切り換えたい時には必要に応じて前記探針のＸ
軸走査方向、Ｙ軸走査方向を正負に切り換える、又はＸ
軸とＹ軸との間で走査方向を切り換えるように前記各D/
Aコンバータに入力するデータを切り換えるＸ軸走査方
向切換器、Ｙ軸走査方向切換器、及びＸ軸Ｙ軸切換器を
前記各アップダウンカウンタあるいは各D/Aコンバータ
の前段に有することを特徴とする走査型トンネル顕微
鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989011797U JPH074492Y2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1989011797U JPH074492Y2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02103209U JPH02103209U (ja) | 1990-08-16 |
| JPH074492Y2 true JPH074492Y2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=31220666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1989011797U Expired - Lifetime JPH074492Y2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074492Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2516471B2 (ja) * | 1990-11-02 | 1996-07-24 | 株式会社ミツトヨ | 測定装置 |
| JP5144694B2 (ja) * | 2010-02-17 | 2013-02-13 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁気センサユニット |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415817A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-19 | Hitachi Ltd | Actuator driving circuit |
-
1989
- 1989-02-03 JP JP1989011797U patent/JPH074492Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02103209U (ja) | 1990-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |