JPH08233837A - 近接型超音波顕微鏡 - Google Patents
近接型超音波顕微鏡Info
- Publication number
- JPH08233837A JPH08233837A JP7036465A JP3646595A JPH08233837A JP H08233837 A JPH08233837 A JP H08233837A JP 7036465 A JP7036465 A JP 7036465A JP 3646595 A JP3646595 A JP 3646595A JP H08233837 A JPH08233837 A JP H08233837A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric thin
- thin film
- probe
- ultrasonic
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて高分解能な超音波顕微鏡(ＳＡＭ)を提
供すること。 【構成】 ２枚の圧電性薄膜で試料を薄く挟む。原子間
力顕微鏡(ＡＦＭ)、トンネル音響顕微鏡（ＴＡＭ）等
の、いわば走査型探針顕微鏡の探針で、一方の圧電性薄
膜に電圧を加えて局所的に超音波を励振させる。試料中
を伝播してきた超音波を、他方の圧電性薄膜で検出す
る。探針を二次元的に走査し、探針位置（超音波源の位
置）に対応して、検出される超音波強度、位相を画像化
する。
供すること。 【構成】 ２枚の圧電性薄膜で試料を薄く挟む。原子間
力顕微鏡(ＡＦＭ)、トンネル音響顕微鏡（ＴＡＭ）等
の、いわば走査型探針顕微鏡の探針で、一方の圧電性薄
膜に電圧を加えて局所的に超音波を励振させる。試料中
を伝播してきた超音波を、他方の圧電性薄膜で検出す
る。探針を二次元的に走査し、探針位置（超音波源の位
置）に対応して、検出される超音波強度、位相を画像化
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波顕微鏡（ＳＡ
Ｍ）、走査型トンネル顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕微鏡
及びその類似装置に係り、特に波長限界を超える高分解
能超音波顕微鏡に係る。
Ｍ）、走査型トンネル顕微鏡(ＳＴＭ)、原子間力顕微鏡
及びその類似装置に係り、特に波長限界を超える高分解
能超音波顕微鏡に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波顕微鏡およびその類似装置
の一つが、超音波テクノ１月号、１９−２４頁に記載さ
れている。超音波をレンズで収束、走査する装置であ
る。
の一つが、超音波テクノ１月号、１９−２４頁に記載さ
れている。超音波をレンズで収束、走査する装置であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来装置は、超音波
を、伝播する波動として使用するため、超音波の波長で
分解能が制限され、１００ｎｍ程度が限界である。
を、伝播する波動として使用するため、超音波の波長で
分解能が制限され、１００ｎｍ程度が限界である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明においては、係る
問題点を解決するため、走査型探針顕微鏡の探針で圧電
性薄膜に局所的に電圧を印加することで、非常に微小な
超音波源を形成すると共に、この超音波源の至近に超音
波検出器を配置する。
問題点を解決するため、走査型探針顕微鏡の探針で圧電
性薄膜に局所的に電圧を印加することで、非常に微小な
超音波源を形成すると共に、この超音波源の至近に超音
波検出器を配置する。
【０００５】
【作用】試料表面に、非常に微小な超音波源を形成する
と共に、この超音波源の至近に超音波検出器ことによ
り、超音波が試料内で広がる前に検出してしまう。この
ため、分解能は波長の制限を受けず、超音波源の大きさ
と試料厚さに依存することになり、高分解能が得られ
る。
と共に、この超音波源の至近に超音波検出器ことによ
り、超音波が試料内で広がる前に検出してしまう。この
ため、分解能は波長の制限を受けず、超音波源の大きさ
と試料厚さに依存することになり、高分解能が得られ
る。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の1実施例を、図１により説明
する。図１は、本発明の１実施例である主要部の断面図
と、周辺機器のブロック図である。
する。図１は、本発明の１実施例である主要部の断面図
と、周辺機器のブロック図である。
【０００７】圧電薄膜１と２との間に、試料３は薄く挟
まれている。圧電薄膜２は、基板４上に形成されてお
り、基板４は、異方性エッチングにより裏面から圧電性
薄膜２裏面まで削り込まれ、これにより圧電薄膜２とそ
の上部電極５だけの領域が形成されている。この領域
は、圧電薄膜２の厚さ等に依るが、1mm四方から0.01mm
四方まで、通常0.1mm四方である。このエッチング穴か
ら圧電薄膜2裏面上に探針６が侵入している。この探針
６は、圧電性の片持ち梁７の一端に設けられ、片持ち梁
７の他端は３次元に変位する圧電素子８に支持されてい
る。
まれている。圧電薄膜２は、基板４上に形成されてお
り、基板４は、異方性エッチングにより裏面から圧電性
薄膜２裏面まで削り込まれ、これにより圧電薄膜２とそ
の上部電極５だけの領域が形成されている。この領域
は、圧電薄膜２の厚さ等に依るが、1mm四方から0.01mm
四方まで、通常0.1mm四方である。このエッチング穴か
ら圧電薄膜2裏面上に探針６が侵入している。この探針
６は、圧電性の片持ち梁７の一端に設けられ、片持ち梁
７の他端は３次元に変位する圧電素子８に支持されてい
る。
【０００８】制御回路９は、片持ち梁７をその共振状態
近傍の周波数で振動させ、インピーダンスの変化が一定
になるように、探針６と圧電薄膜２裏面との間隔を、圧
電素子８を変位させることで、制御する。この方法の詳
細は、特開平５−３２２５５３に記載されている。
近傍の周波数で振動させ、インピーダンスの変化が一定
になるように、探針６と圧電薄膜２裏面との間隔を、圧
電素子８を変位させることで、制御する。この方法の詳
細は、特開平５−３２２５５３に記載されている。
【０００９】探針６と電極５の間には発信器１０で交流
電圧が印加されている。この交流電圧の周波数ｆは、圧
電薄膜１の厚み方向の共振周波数に設定される。圧電薄
膜２は、これにより共振状態が発生しないような寸法に
設計されている。厚みは、できる限り薄くされ、10nmの
オーダである。電極５も、極薄く平坦に形成されてい
る。
電圧が印加されている。この交流電圧の周波数ｆは、圧
電薄膜１の厚み方向の共振周波数に設定される。圧電薄
膜２は、これにより共振状態が発生しないような寸法に
設計されている。厚みは、できる限り薄くされ、10nmの
オーダである。電極５も、極薄く平坦に形成されてい
る。
【００１０】圧電薄膜２には、探針６に対向した極限ら
れた部分にのみ、振動が発生する。すなわち、極小の超
音波源が形成される。この超音波は、試料３を伝播し、
圧電薄膜１により検出される。基板１１上に形成された
圧電薄膜１もまた、観察すべき部位近傍は、基板１１が
くりぬかれている。圧電薄膜１が十分に厚い場合には、
基板１１上に形成する必要は無い。
れた部分にのみ、振動が発生する。すなわち、極小の超
音波源が形成される。この超音波は、試料３を伝播し、
圧電薄膜１により検出される。基板１１上に形成された
圧電薄膜１もまた、観察すべき部位近傍は、基板１１が
くりぬかれている。圧電薄膜１が十分に厚い場合には、
基板１１上に形成する必要は無い。
【００１１】電極１２、１３は、圧電薄膜１の起電力を
検出するためのもので、伝播してきた超音波は、検出器
１４により、電気信号として検出増幅され、その振幅及
び位相信号は、画像処理器１５に入力される。試料が固
体であるときは、図に示すように順次重ねた状態を構成
すれば良いが、試料が流動性を持つものであるときは、
圧電薄膜１、基板１１及び電極１２、１３は、圧電薄膜
２上で３点で支えられて、試料３に相当する部分に極薄
いスペースが形成できるようにするのが良い。この場
合、１点は、電極５上に固定され、他の２点は、圧電変
位素子で高さが調整できるようにすれば、流動性のある
試料ならば、薄く任意の厚さに調整できる。固体の試料
に対しても標準的な厚さを設定して使用すれば、同じ構
造が使える。各支点は、走査領域に比べ十分遠方にある
ようにすれば、観察領域内での試料厚さの変化は無い。
検出するためのもので、伝播してきた超音波は、検出器
１４により、電気信号として検出増幅され、その振幅及
び位相信号は、画像処理器１５に入力される。試料が固
体であるときは、図に示すように順次重ねた状態を構成
すれば良いが、試料が流動性を持つものであるときは、
圧電薄膜１、基板１１及び電極１２、１３は、圧電薄膜
２上で３点で支えられて、試料３に相当する部分に極薄
いスペースが形成できるようにするのが良い。この場
合、１点は、電極５上に固定され、他の２点は、圧電変
位素子で高さが調整できるようにすれば、流動性のある
試料ならば、薄く任意の厚さに調整できる。固体の試料
に対しても標準的な厚さを設定して使用すれば、同じ構
造が使える。各支点は、走査領域に比べ十分遠方にある
ようにすれば、観察領域内での試料厚さの変化は無い。
【００１２】電極５は省略できる。このときには、電極
１２を共通電極として、発振器１０の電圧を、探針６と
電極１２との間にかける。
１２を共通電極として、発振器１０の電圧を、探針６と
電極１２との間にかける。
【００１３】一方、走査器１６は、圧電素子８を変位さ
せ、探針６を圧電薄膜２裏面上でラスター方式で２次元
走査する。この走査信号に対応して、検出器１４の信号
が、画像処理器１５上に表示または記録される。これに
より、試料３の、超音波物性(例えば超音波吸収、緩和)
が、高分解能で観察できる。圧電薄膜２、１の分極方向
を変えることで、得られる特性に差が出る。例えば、厚
み方向に分極すると主として縦波の特性（いわば体積弾
性率）が得られ、面方向に分極すると、主として横波
（ずり弾性）が得られる。
せ、探針６を圧電薄膜２裏面上でラスター方式で２次元
走査する。この走査信号に対応して、検出器１４の信号
が、画像処理器１５上に表示または記録される。これに
より、試料３の、超音波物性(例えば超音波吸収、緩和)
が、高分解能で観察できる。圧電薄膜２、１の分極方向
を変えることで、得られる特性に差が出る。例えば、厚
み方向に分極すると主として縦波の特性（いわば体積弾
性率）が得られ、面方向に分極すると、主として横波
（ずり弾性）が得られる。
【００１４】本実施例では、圧電薄膜１、電極１２、１
３（更に基板１１）に、透明な材質を使用しているので
上部から光学的に観察できる。また、発振器の周波数ｆ
を圧電薄膜１の共振周波数に合わせてあるので、検出感
度が高い。
３（更に基板１１）に、透明な材質を使用しているので
上部から光学的に観察できる。また、発振器の周波数ｆ
を圧電薄膜１の共振周波数に合わせてあるので、検出感
度が高い。
【００１５】
【発明の効果】本発明に依れば、超音波の波長限界を超
える極めて高分解能の超音波顕微鏡が実現できる。ま
た、試料上を直接探針で機械的に走査しないため、従来
の走査型探針顕微鏡では観察困難であった軟らかい試料
が観察できる。
える極めて高分解能の超音波顕微鏡が実現できる。ま
た、試料上を直接探針で機械的に走査しないため、従来
の走査型探針顕微鏡では観察困難であった軟らかい試料
が観察できる。
【図１】本発明の１実施例を示す主要構成部の断面図及
びブロック図。
びブロック図。
１−圧電薄膜、２−圧電薄膜、３−試料、４−基板、５
−電極、６−探針、７−片持ち梁、８−圧電素子、９−
帰還回路、１０−発振器、１１−基板、１２−電極、１
３−電極、１４−検出器、１５−画像処理器、１６−走
査回路。
−電極、６−探針、７−片持ち梁、８−圧電素子、９−
帰還回路、１０−発振器、１１−基板、１２−電極、１
３−電極、１４−検出器、１５−画像処理器、１６−走
査回路。
Claims (3)
- 【請求項１】観察すべき試料をその間にはさむための電
場を加えると歪を生じる二枚の圧電性薄膜と、該二枚の
圧電性薄膜の一方の該圧電性薄膜に局所的に振動を励起
する手段と、該振動を励起する手段を二次元的に走査す
る手段と、他方の該圧電性薄膜の起電力を検出する手段
と、該走査手段からの走査信号に対応して該検出手段か
らの起電力を記録または表示する手段とより成る近接型
超音波顕微鏡。 - 【請求項２】前記振動を励起する手段は、前記圧電性薄
膜に近接して配置された先端を鋭利にとがらせた探針で
あって、前記圧電性薄膜と探針間に電圧を印加されるも
のである請求項１記載の近接型超音波顕微鏡。 - 【請求項３】前記圧電性薄膜と探針間に印加される電圧
の周波数が、起電力を検出される圧電性薄膜の厚み方向
の共振周波数と対応するものである請求項１記載の近接
型超音波顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7036465A JPH08233837A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 近接型超音波顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7036465A JPH08233837A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 近接型超音波顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233837A true JPH08233837A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12470567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7036465A Pending JPH08233837A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 近接型超音波顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08233837A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008141301A1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Veeco Instruments Inc. | Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection |
| WO2011145802A2 (ko) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 초음파 원자현미경장치 |
| KR20180128065A (ko) * | 2016-04-14 | 2018-11-30 | 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 | 표면 아래 이미징을 위해 초음파 주사 탐침 현미경을 수행하기 위한 파라미터 설정을 튜닝하는 방법, 주사 탐침 현미경 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP7036465A patent/JPH08233837A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008141301A1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Veeco Instruments Inc. | Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection |
| US8322220B2 (en) | 2007-05-10 | 2012-12-04 | Veeco Instruments Inc. | Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field AFM detection |
| WO2011145802A2 (ko) * | 2010-05-17 | 2011-11-24 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 초음파 원자현미경장치 |
| KR101112505B1 (ko) * | 2010-05-17 | 2012-02-14 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 초음파 원자현미경장치 |
| WO2011145802A3 (ko) * | 2010-05-17 | 2012-02-23 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 초음파 원자현미경장치 |
| KR20180128065A (ko) * | 2016-04-14 | 2018-11-30 | 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 | 표면 아래 이미징을 위해 초음파 주사 탐침 현미경을 수행하기 위한 파라미터 설정을 튜닝하는 방법, 주사 탐침 현미경 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 |
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