JPH09196937A - Photon scanning tunneling microscope - Google Patents

Photon scanning tunneling microscope

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JPH09196937A
JPH09196937A JP2981896A JP2981896A JPH09196937A JP H09196937 A JPH09196937 A JP H09196937A JP 2981896 A JP2981896 A JP 2981896A JP 2981896 A JP2981896 A JP 2981896A JP H09196937 A JPH09196937 A JP H09196937A
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JP
Japan
Prior art keywords
probe
light
scattered light
sample
scanning tunneling
Prior art date
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Pending
Application number
JP2981896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Tadokoro
利康 田所
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jasco Corp
Original Assignee
Jasco Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Jasco Corp filed Critical Jasco Corp
Priority to JP2981896A priority Critical patent/JPH09196937A/en
Publication of JPH09196937A publication Critical patent/JPH09196937A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a photon scanning tunneling microscope of higher resolving power and higher condensing efficiency by providing a scattering light condensing part to the base part of a probe over the almost entire periphery thereof. SOLUTION: A scattering light sampling means 18 consists of a flat-headed optical fiber 60 and the pointed probe 64 provided at the almost central part of the flat-headed surface 62 of the fiber 60 and a gold film 21 is formed on the surface of the probe 64. The flat-headed surface 62 constitutes a scattering light condensing part provided over the entire periphery of the base part of the probe 64. Next, when the probe 64 penetrates into an evanescent light field 16, scattering light is generated from the leading end part of the probe 64 and the greater part of the scattering light L advances toward the flat-headed surface 62 of the fiber 60 and the light penetrating into the fiber 60 from the flat-headed surface 62 is sent to a notch filter as it is. The scattering light generated by the penetration of the probe 64 into the evanescent light field is highly efficiently caught by the flat-headed surface 62.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はフォトン走査トンネ
ル顕微鏡、特に散乱光集光機構の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photon scanning tunneling microscope, and more particularly to improvement of a scattered light focusing mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な顕微鏡は、試料に対して非接
触、被破壊で微細極小部位の観察が行え、さらに分光分
析器等を接続することにより観察対象の形状、構造のみ
でなく、その成分等まで分析を行うことも可能であり、
各種の分野で応用が行なわれている。しかしながら、一
般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは観察す
ることができず、その分解能には限界がある。一方、電
子顕微鏡等では、分解能は大きく向上させることができ
るものの、大気中、あるいは溶液中での動作は極めて困
難であり、電子顕微鏡等の高分解能顕微鏡は特に生体試
料を扱う分野では必ずしも満足のいくものではなかっ
た。
2. Description of the Related Art A general microscope allows non-contact and destruction of a sample to observe a microscopic minimal portion, and by connecting a spectroscopic analyzer or the like, not only the shape and structure of an observation object but also its It is also possible to analyze components,
It is applied in various fields. However, a general optical microscope cannot observe an object having a wavelength smaller than the wavelength of light, and its resolution is limited. On the other hand, with an electron microscope or the like, the resolution can be greatly improved, but operation in the atmosphere or in a solution is extremely difficult, and a high-resolution microscope such as an electron microscope is not always satisfactory especially in the field of handling biological samples. It didn't go.

【0003】これに対し、近年一般的な光学顕微鏡ある
いは電子顕微鏡とは異なる原理に基づくフォトン走査ト
ンネル顕微鏡が開発され、その応用が期待されている。
このフォトン走査トンネル顕微鏡は、いわゆるエバネッ
セント光を検出するものである。すなわち、微小な被測
定試料が平坦な基板の上に置かれており、基板裏面から
全反射が生じるような角度で光を入射させると、伝搬光
はすべて反射するが、基板及び被測定物表面付近にはエ
バネッセント光と呼ばれる表面波が発生する。この表面
波は物体表面の周りの光の波長以内の距離の領域に局在
している。
On the other hand, in recent years, a photon scanning tunneling microscope based on a principle different from that of a general optical microscope or electron microscope has been developed and its application is expected.
This photon scanning tunneling microscope detects so-called evanescent light. That is, when a small sample to be measured is placed on a flat substrate and light is incident from the back surface of the substrate at an angle such that total internal reflection occurs, all propagating light is reflected, but the surface of the substrate and the object to be measured is A surface wave called evanescent light is generated in the vicinity. This surface wave is localized in a region around the surface of the object within a distance within the wavelength of light.

【0004】そこで、先の鋭いプローブをエバネッセン
ト光の場の中に差し込んでエバネッセント光を散乱さ
せ、その散乱光強度を測定することによりプローブ先端
と被測定物表面との距離を規定することができる。従っ
て、前記散乱光の強度が一定となるようにしつつプロー
ブの走査を行うことにより、該プローブ先端位置は被測
定物表面の凹凸を的確に反映するものとなり、しかもプ
ローブ先端はエバネッセント光の場に存在するのみであ
り被測定物そのものには接触していないため、試料に対
して非接触、非破壊でかつ光の波長の値より小さいもの
を観察できるものである。
Therefore, by inserting a sharp probe into the field of evanescent light to scatter the evanescent light and measuring the scattered light intensity, the distance between the probe tip and the surface of the object to be measured can be defined. . Therefore, by scanning the probe while keeping the intensity of the scattered light constant, the probe tip position accurately reflects the irregularities on the surface of the object to be measured, and the probe tip is in the evanescent light field. Since it exists only and is not in contact with the object to be measured, it can be observed that it is non-contact, non-destructive with respect to the sample and smaller than the wavelength value of light.

【0005】従来、このようなプローブおよび散乱光集
光機構としては、図1に示すようなものが一般的であっ
た。同図において、被測定試料10は逆三角形状の全反
射プリズム12上に配置されており、該全反射プリズム
12にはレーザ光14が入射され、試料10とプリズム
12の境界面において全反射されている。この状態で試
料10の表面側(図中上側)にはエバネッセント光16
が生じている。
Conventionally, such a probe and a scattered light collecting mechanism as shown in FIG. 1 have been generally used. In the figure, the sample 10 to be measured is placed on an inverted triangular total reflection prism 12, and laser light 14 is incident on the total reflection prism 12 and is totally reflected at the boundary surface between the sample 10 and the prism 12. ing. In this state, the evanescent light 16 is applied to the surface side (upper side in the figure) of the sample 10.
Has occurred.

【0006】このエバネッセント光の場に尖頭状光ファ
イバープローブ18の先端を差し込むと、該ファイバー
プローブ18先端によりエバネッセント光16が散乱さ
れ、その散乱光20の一部はファイバープローブ18内
に進入し、後述する検出機構に導光されるのである。図
2には、エバネッセント光強度と試料表面からの距離と
の相関が示されており、同図より明らかなように両者は
密接な関係を有しており、エバネッセント光強度が一定
となるように前記ファイバープローブ18の先端を上下
させつつ試料10の表面を走査すれば、該試料10に非
接触でかつ試料10の凹凸を的確に把握することが可能
となる。
When the tip of the pointed optical fiber probe 18 is inserted into the field of the evanescent light, the evanescent light 16 is scattered by the tip of the fiber probe 18, and a part of the scattered light 20 enters the fiber probe 18, The light is guided to the detection mechanism described later. FIG. 2 shows the correlation between the evanescent light intensity and the distance from the sample surface. As is clear from the figure, the two have a close relationship, and the evanescent light intensity is kept constant. By scanning the surface of the sample 10 while moving the tip of the fiber probe 18 up and down, it is possible to accurately grasp the unevenness of the sample 10 without contacting the sample 10.

【0007】ところで、フォトン走査顕微鏡の分解能を
向上させるためには、より小さい微小開口を形成する必
要がある。しかしながら、平面上に微小開口を形成する
ことは容易ではない。そこで、前記図1に示したように
尖頭状プローブ18を作成し、そのプローブ18上に金
属皮膜などでマスク21を形成して最先端部18aを微
小開口とすることが常套手段となっている。ところが、
図1に示すようなプローブおよび散乱光集光機構を用い
た場合には、プローブ先端が波長以下のため導波効率が
悪く、また集光角が小さいため総集光量が少ないという
欠点があった。
By the way, in order to improve the resolution of the photon scanning microscope, it is necessary to form smaller minute apertures. However, it is not easy to form a minute opening on a plane. Therefore, as shown in FIG. 1, a pointed probe 18 is formed, and a mask 21 is formed on the probe 18 with a metal film or the like to make the tip 18a a minute opening. There is. However,
When the probe and the scattered light condensing mechanism as shown in FIG. 1 are used, there is a drawback that the wave guide efficiency is poor because the probe tip is less than the wavelength and the total converging amount is small because the converging angle is small. .

【0008】これに対し、いわゆるアパーチャーレス型
のプローブも開発されている。その概念図を図3に示
す。なお、前記図1と対応する部分には同一符号を付し
て説明を省略する。同図に示すプローブ18は金属ある
いは半導体の先端を先鋭化したものであり、該金属プロ
ーブ18を試料10表面のエバネッセント光場16に進
入させることで散乱光を生じさせ、該散乱光20を集光
レンズ24により集光し、検出器26により検出するの
である。
On the other hand, a so-called apertureless type probe has also been developed. FIG. 3 shows a conceptual diagram thereof. The parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The probe 18 shown in the figure is a sharpened tip of a metal or a semiconductor. When the metal probe 18 enters the evanescent light field 16 on the surface of the sample 10, scattered light is generated and the scattered light 20 is collected. It is condensed by the optical lens 24 and detected by the detector 26.

【0009】このようなアパーチャーレス型プローブを
用いた場合、前記図1に示すプローブを用いた場合と比
較し、導波による散乱光の損失が少なく、高SN比を実
現でき、またプローブ周囲に金属コーティングが不要な
ため高分解能化を容易に行うことができる。
When such an apertureless probe is used, compared to the case where the probe shown in FIG. 1 is used, the loss of scattered light due to waveguide is small, a high SN ratio can be realized, and the surroundings of the probe can be realized. Since no metal coating is required, high resolution can be easily achieved.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ア
パーチャーレス型プローブを用いた従来のフォトン走査
トンネル顕微鏡にあっても、未だ集光効率が不十分であ
り、また散乱光を側面から集光レンズを介して集光する
ため、全方向の散乱光が集められず、陰ができてしまう
という問題があった。
However, even in the conventional photon scanning tunneling microscope using the above-mentioned apertureless probe, the condensing efficiency is still insufficient, and the condensing lens is used to disperse scattered light from the side. Since the light is condensed through the light, scattered light in all directions cannot be collected, and there is a problem that shadows are formed.

【0011】特に、散乱光強度より試料の形状情報を得
るのみでなく、例えば被測定試料の成分情報などを得る
場合には、集光効率が極めて重要な意義を有しており、
より優れたフォトン走査トンネル顕微鏡の開発が要望さ
れていた。本発明は前記従来技術に鑑みなされたもので
あり、その目的はより高分解能かつ散乱光集光効率の高
いフォトン走査トンネル顕微鏡を提供することにある。
Particularly, when not only the shape information of the sample is obtained from the scattered light intensity but also the component information of the sample to be measured is obtained, the light collection efficiency has a very important meaning.
There has been a demand for the development of a better photon scanning tunneling microscope. The present invention has been made in view of the above prior art, and an object thereof is to provide a photon scanning tunneling microscope having a higher resolution and a higher scattered light collecting efficiency.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかるフォトン走査トンネル顕微鏡は、散乱
光採取手段が、前記プローブ基部の略全周にわたって設
けられた散乱光を集光する集光部を有することを特徴と
する。なお、本発明において、前記散乱光採取手段は光
ファイバーと、該光ファイバーの端面略中央部に設けら
れた尖頭状プローブとからなり、該尖頭状プローブ表面
には金属皮膜が形成されていることが好適である。
In order to achieve the above object, in a photon scanning tunneling microscope according to the present invention, a scattered light collecting means collects scattered light provided over substantially the entire circumference of the probe base. It is characterized by having a light section. In the present invention, the scattered light collecting means comprises an optical fiber and a pointed probe provided substantially at the center of the end face of the optical fiber, and a metal coating is formed on the pointed probe surface. Is preferred.

【0013】また、本発明にかかる顕微鏡は、前記散乱
光採取手段により採取された散乱光をレイリー光とラマ
ン光に分離する分離手段と、前記分離手段により分離さ
れたレイリー光強度より被測定試料表面と前記プローブ
との離隔情報を得る離隔情報取得手段と、前記分離手段
により分離されたラマン光を分光しラマン分光スペクト
ル情報を得るスペクトル情報取得手段と、を備えること
が好適である。また、前記顕微鏡において、散乱光採取
手段を被測定試料表面上でX,Y軸方向に走査するX,
Y軸走査手段を備え、被測定試料表面の各測定部位に於
ける離隔情報及びスペクトル情報を同時取得可能とする
ことが好適である。
Further, the microscope according to the present invention comprises a separating means for separating the scattered light collected by the scattered light collecting means into Rayleigh light and Raman light, and a sample to be measured from the Rayleigh light intensity separated by the separating means. It is preferable to include separation information acquisition means for acquiring separation information between the surface and the probe, and spectrum information acquisition means for separating Raman light separated by the separation means to obtain Raman spectral spectrum information. In the microscope, the scattered light sampling means scans the surface of the sample to be measured in the X and Y axis directions.
It is preferable to provide a Y-axis scanning means so that the separation information and the spectrum information at each measurement site on the surface of the sample to be measured can be simultaneously acquired.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な実施形態について説明する。次の実施形態において
は、フォトン走査トンネル顕微鏡により被測定試料の形
状測定および成分測定を同時に行い得るように構成され
ている。すなわち、前記散乱光20は一般的な散乱光と
同様に、周波数変化の伴わない散乱光であるレイリー光
と、試料10の成分等に依存して散乱系の変動振動数に
等しい量だけ入射光の振動数とずれた振動数を有するラ
マン光を含む。そこで、本発明者らは前記レイリー光と
ラマン光の両者に着目し、被測定試料10の成分情報は
含まないが比較的強度の高いレイリー光をファイバープ
ローブ18先端と試料表面との距離検出に用い、試料1
0の成分情報を有するラマン光を成分分析用のスペクト
ル情報として採取することとしたのである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the next embodiment, the photon scanning tunneling microscope is used so that the shape measurement and the component measurement of the sample to be measured can be simultaneously performed. That is, as in the case of general scattered light, the scattered light 20 is Rayleigh light which is scattered light with no frequency change, and incident light in an amount equal to the fluctuation frequency of the scattering system depending on the components of the sample 10. Raman light having a frequency deviated from the frequency of is included. Therefore, the inventors of the present invention focused on both the Rayleigh light and the Raman light, and detected the distance between the tip of the fiber probe 18 and the sample surface by using the Rayleigh light that does not include the component information of the measured sample 10 but has a relatively high intensity. Used, sample 1
The Raman light having the component information of 0 was collected as the spectrum information for the component analysis.

【0015】図3には本発明の一実施形態に係るフォト
ン走査トンネル顕微鏡30の概略構成が示されている。
同図に示す顕微鏡30は、散乱光採取手段18と、該散
乱光採取手段18を介して得られる散乱光をレイリー光
とラマン光に分離するノッチフィルタよりなる分離手段
32と、前記散乱光採取手段18の先端を上下方向(Z
軸方向)に制御する離隔情報取得手段34と、前記分離
手段32により分離されたラマン光を分光しスペクトル
情報を得るスペクトル情報取得手段36と、X,Y軸走
査手段38と、表示手段40を含む。
FIG. 3 shows a schematic structure of a photon scanning tunneling microscope 30 according to an embodiment of the present invention.
A microscope 30 shown in the figure includes scattered light collecting means 18, a separating means 32 including a notch filter for separating scattered light obtained through the scattered light collecting means 18 into Rayleigh light and Raman light, and the scattered light collecting means. The tip of the means 18 is moved vertically (Z
A separation information acquisition unit 34 for controlling in the axial direction), a spectrum information acquisition unit 36 for separating the Raman light separated by the separation unit 32 to obtain spectrum information, an X, Y axis scanning unit 38, and a display unit 40. Including.

【0016】そして、前記散乱光採取手段18は、X,
Y軸走査手段38により試料表面をXY方向(試料表面
と平行方向)に走査される。また、離隔情報取得手段3
4はレイリー光検出器42とZ軸走査器44とを含み、
前記ノッチフィルタ32で分離されたレイリー光を検出
器42により検出し、さらにその出力に基づきZ軸走査
器44はレイリー光強度が一定となるように散乱光採取
手段18のZ軸方向位置を制御する。また、スペクトル
情報取得手段36は、分光器46と、分光ラマン光の検
出を行なうラマン光検出器48と、該検出器48の出力
に基づきラマン光のスペクトル情報を記憶するスペクト
ル記憶器50とを含む。
Then, the scattered light collecting means 18 has X,
The Y-axis scanning means 38 scans the sample surface in the XY directions (directions parallel to the sample surface). Further, the separation information acquisition means 3
4 includes a Rayleigh photodetector 42 and a Z-axis scanner 44,
The Rayleigh light separated by the notch filter 32 is detected by a detector 42, and based on the output, the Z-axis scanner 44 controls the position of the scattered light sampling means 18 in the Z-axis direction so that the Rayleigh light intensity becomes constant. To do. Further, the spectrum information acquisition means 36 includes a spectroscope 46, a Raman light detector 48 for detecting spectroscopic Raman light, and a spectrum storage 50 for storing the Raman light spectrum information based on the output of the detector 48. Including.

【0017】そして、前記ノッチフィルタ32により分
離されたラマン光は検出器48により検出され、分光器
46より得られる波長情報と共にスペクトル記憶器50
に記憶される。表示手段40は、前記X,Y軸走査手段
38より各測定点のX,Y座標を、前記Z軸走査手段3
4より各測定点における試料表面の高低情報を、またス
ペクトル情報取得手段36より各測定点におけるスペク
トル情報乃至成分情報を、それぞれ得てその表示を行
う。以上のように本実施態様に係るフォトン走査トンネ
ル顕微鏡30によれば、一の散乱光採取手段18により
採取される散乱光を分離手段32によりレイリー光とラ
マン光に分離し、レイリー光より試料表面の高さ情報
を、またラマン光より試料表面の各測定点における成分
情報を同時に得ることが可能となる。
The Raman light separated by the notch filter 32 is detected by the detector 48 and the spectrum memory 50 together with the wavelength information obtained from the spectroscope 46.
Is stored. The display means 40 displays the X and Y coordinates of each measurement point from the X and Y axis scanning means 38 and the Z axis scanning means 3 respectively.
The height information of the sample surface at each measurement point is obtained from 4 and the spectrum information or component information at each measurement point is obtained from the spectrum information acquisition means 36 and displayed. As described above, according to the photon scanning tunneling microscope 30 according to the present embodiment, the scattered light collected by the one scattered light collecting means 18 is separated into the Rayleigh light and the Raman light by the separating means 32, and the sample surface is detected from the Rayleigh light. It is possible to simultaneously obtain the height information of the component and the component information at each measurement point on the sample surface from the Raman light.

【0018】ところで、本実施形態のように散乱光をレ
イリー光とラマン光を分離して用いる場合、散乱光の集
光効率は測定精度に大きな影響を与え、特にラマン光は
散乱光の内でも微弱な光であるため、そのスペクトル情
報を適切に得るためには集光効率の大幅な向上が要求さ
れる。そこで、本発明においては図5に示すような散乱
光採取手段を備えている。同図に示す散乱光採取手段1
8は、平頭状光ファイバー60と、該光ファイバー60
の平頭面62の略中央部に設けられた尖頭状プローブ6
4とからなり、該尖頭状プローブ64表面には金(A
u)皮膜21が形成されている。そして、前記平頭面6
2は、前記プローブ64の基部の全周にわたって設けら
れた散乱光を集光する集光部を構成することとなる。
By the way, when the scattered light is used by separating the Rayleigh light and the Raman light as in this embodiment, the light collection efficiency of the scattered light has a great influence on the measurement accuracy. In particular, the Raman light is included in the scattered light. Since the light is weak, it is required to significantly improve the light collection efficiency in order to properly obtain the spectral information. Therefore, in the present invention, the scattered light sampling means as shown in FIG. 5 is provided. Scattered light sampling means 1 shown in FIG.
8 is a flat-headed optical fiber 60, and the optical fiber 60
Pointed probe 6 provided in the approximately central portion of the flat head surface 62 of the
4 and gold (A
u) The film 21 is formed. And the flat head surface 6
The reference numeral 2 constitutes a light condensing portion which is provided over the entire circumference of the base portion of the probe 64 and condenses scattered light.

【0019】そして、前記プローブ64がエバネッセン
ト光場16に進入すると、プローブ64先端部分からは
散乱光が発生し、該散乱光Lの大部分は光ファイバー6
0の平頭面62に向かって進行し、平頭面62からファ
イバー60内に進入した光はそのまま前記ノッチフィル
タ32に送られる。以上のようにしてプローブ64がエ
バネッセント光場16に進入したことにより生じる散乱
光は、高効率で平頭面62により捕捉される。図6には
本発明にかかる顕微鏡30の散乱光採取手段18の製造
過程が示されている。
When the probe 64 enters the evanescent light field 16, scattered light is generated from the tip of the probe 64, and most of the scattered light L is the optical fiber 6.
The light traveling toward the flat head surface 62 of 0 and entering the fiber 60 from the flat head surface 62 is directly sent to the notch filter 32. The scattered light generated by the probe 64 entering the evanescent light field 16 as described above is highly efficiently captured by the flat head surface 62. FIG. 6 shows a manufacturing process of the scattered light sampling means 18 of the microscope 30 according to the present invention.

【0020】同図に示す方法においては、光ファイバー
の一端をHF−NH4F系緩衝溶液を用いた化学エッチ
ングを用いている。まず、同図(A)に示すように、シ
リカ系ファイバー200はクラッド202が純Si02
ガラス、コア204がGeO2を含むSiO2ガラスから
なるシングルモードファイバー(初期直径125μm)
を用いる。先鋭化のためのエッチングの前段階としてク
ラッド径を小さくするエッチング工程を行う。すなわ
ち、前記ファイバー200の一端をカットして緩衝溶液
に浸すと、ドーピング量に依存してコア204の周辺部
から中心部にかけてエッチング速度が変化する。例えば
GeO2の添加率が25モル%の高濃度ドープファイバ
ーの端面を、体積比HF(50%):NH4F(40
%):H2O=X:1:1で混合した緩衝溶液でエッチ
ングした場合、室温(約23度)においてはX<1.7
ではコアが凹んでしまうが、X>1.7では先鋭化す
る。
In the method shown in the figure, one end of the optical fiber is subjected to chemical etching using an HF-NH 4 F system buffer solution. First, as shown in FIG. 1A, in the silica-based fiber 200, the cladding 202 has a pure SiO 2
Single mode fiber (initial diameter 125 μm) made of glass and core 204 made of SiO 2 glass containing GeO 2.
Is used. As a pre-stage of etching for sharpening, an etching process for reducing the cladding diameter is performed. That is, when one end of the fiber 200 is cut and immersed in a buffer solution, the etching rate changes from the peripheral portion to the central portion of the core 204 depending on the doping amount. For example, the end face of a high-concentration-doped fiber having a GeO 2 addition rate of 25 mol% is converted into a volume ratio HF (50%): NH 4 F (40
%): H 2 O = X: 1: 1 when etched with a buffer solution mixed with X <1.7 at room temperature (about 23 ° C.).
Then, the core is dented, but when X> 1.7, it sharpens.

【0021】このため、1段目ではX=1.7(クラッ
ドとコアのエッチング速度が同じになる)緩衝溶液を用
いてクラッド径を小さくする(30μm以下)。クラッ
ド径はエッチング時間などをコントロールすることによ
り制御することができる。つぎに、2段目としてX>
1.7の緩衝溶液で先鋭化を行う。例えばX=5の場合
には先鋭角が25゜となり1時間で先端曲率半径が最小
の5nm以下となる。なお、この最適時間を過ぎると先
端曲率半径は10nm程度まで大きくなるが、これ以上
になることはない。X=10では先鋭角は最小の20゜
となる。
Therefore, in the first step, the cladding diameter is reduced (30 μm or less) by using a buffer solution of X = 1.7 (the etching rate of the cladding and the core are the same). The clad diameter can be controlled by controlling the etching time and the like. Next, as the second stage, X>
Sharpen with the buffer solution of 1.7. For example, when X = 5, the acute angle becomes 25 °, and the tip radius of curvature becomes 5 nm or less, which is the minimum in 1 hour. The radius of curvature of the tip increases to about 10 nm after this optimum time, but it does not exceed this value. When X = 10, the acute angle becomes the minimum of 20 °.

【0022】以上のようにして形成した光ファイバー端
部は、同図(C)に示すように平頭状光ファイバー60
と、該光ファイバー60の平頭面略中央部に設けられた
尖頭状プローブ64とを有する。そして、該光ファイバ
ーを回転させつつ、尖頭状プローブ先端に金の真空蒸着
を行うことにより、同図(D)に示す散乱光採取手段を
形成することができる。
The end portion of the optical fiber formed as described above has a flat-headed optical fiber 60 as shown in FIG.
And a pointed probe 64 provided substantially in the center of the flat-faced surface of the optical fiber 60. Then, while rotating the optical fiber, vacuum vapor deposition of gold is performed on the tip of the pointed probe to form the scattered light collecting means shown in FIG.

【0023】以上のようなフォトン走査トンネル顕微鏡
30を用いれば、(1) スーパークリーンルームにおける
サブミクロン以下の異物の同定、(2) 超高密度に集積化
した半導体デバイスの形状観察とラマン分光分析、(3)
ナノスケールにおけるセラミックスや高分子材料の微小
領域のキャラクタリーゼーション、(4) ナノスケールに
おける生体組織のDNAあるいは蛋白質の構造回析、
(5) 近接場光学の基礎研究改良に応用することが可能で
ある。
By using the photon scanning tunneling microscope 30 as described above, (1) identification of submicron particles or less in a super clean room, (2) shape observation and Raman spectroscopic analysis of semiconductor devices integrated in an ultra-high density, (3)
Nanoscale characterization of ceramics and polymer materials in microscopic areas, (4) Nanoscale structural diffraction of DNA or protein in living tissue,
(5) It can be applied to basic research and improvement of near-field optics.

【0024】そして、極微小領域における物性評価手段
の確立により、全く新しい微細加工技術や製造プロセス
技術が創出され、また生化学の分野においては神経繊
維、脳細胞等各種生体組織の機能回析を促進し、さらに
近接場光学を光分析機器に応用した他の微小部解析装
置、例えば顕微赤外、顕微分光等の発展も考えられる。
[0024] By establishing the physical property evaluation means in the extremely small area, a completely new fine processing technology and manufacturing process technology are created, and in the field of biochemistry, functional diffraction of various biological tissues such as nerve fibers and brain cells is analyzed. The development of other micro-part analysis devices, such as micro-infrared and micro-differential light, which can be promoted and in which near-field optics is applied to an optical analysis device, can be considered.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるフォ
トン走査トンネル顕微鏡によれば、散乱光採取手段にプ
ローブ基部の略全周にわたる散乱光集光部を備えること
としたので、高効率でエバネッセント光の散乱光を採取
することができる。
As described above, according to the photon scanning tunneling microscope of the present invention, since the scattered light collecting means is provided with the scattered light condensing portion over substantially the entire circumference of the probe base, it is highly efficient and evanescent. The scattered light of light can be collected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一般的なプローブを用いたフォトン走査トンネ
ル顕微鏡の原理の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of a photon scanning tunneling microscope using a general probe.

【図2】試料表面からの距離とエバネッセント光強度の
関係を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the distance from the sample surface and the evanescent light intensity.

【図3】アパーチャーレス型プローブを用いたフォトン
走査トンネル顕微鏡の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a photon scanning tunneling microscope using an apertureless probe.

【図4】本発明の一実施形態に係るフォトン走査トンネ
ル顕微鏡の概略構成である。
FIG. 4 is a schematic configuration of a photon scanning tunneling microscope according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明において特徴的な散乱光採取手段の説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory view of scattered light collecting means characteristic of the present invention.

【図6】図5に示した散乱光採取手段の製造工程の説明
図である。
6A and 6B are explanatory views of a manufacturing process of the scattered light collecting unit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 試料 16 エバネッセント光 18 散乱光採取手段 21 金属皮膜 30 フォトン走査トンネル顕微鏡 60 平頭状光ファイバー 62 平頭面 64 尖頭状プローブ 10 sample 16 evanescent light 18 scattered light sampling means 21 metal film 30 photon scanning tunneling microscope 60 flat-headed optical fiber 62 flat-headed surface 64 pointed probe

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被測定試料表面のエバネッセント光の場へ
プローブを進入させることにより発生する散乱光を採取
する散乱光採取手段を備えたフォトン走査トンネル顕微
鏡において、 前記散乱光採取手段は、前記プローブ基部の略全周にわ
たって設けられた散乱光を集光する集光部を有すること
を特徴とするフォトン走査トンネル顕微鏡。
1. A photon scanning tunneling microscope equipped with scattered light sampling means for sampling scattered light generated by causing a probe to enter the field of evanescent light on the surface of a sample to be measured, wherein the scattered light sampling means is the probe. A photon scanning tunneling microscope having a condensing unit for condensing scattered light provided over substantially the entire circumference of the base.
【請求項2】 請求項1記載の顕微鏡において、前記散
乱光採取手段は光ファイバーと、該光ファイバーの端面
略中央部に設けられた尖頭状プローブとからなり、該尖
頭状プローブ表面には金属皮膜が形成されていることを
特徴とするフォトン走査トンネル顕微鏡。
2. The microscope according to claim 1, wherein the scattered light collecting means comprises an optical fiber and a pointed probe provided substantially in the center of the end face of the optical fiber, and the pointed probe surface is made of metal. A photon scanning tunneling microscope characterized in that a film is formed.
【請求項3】 請求項1ないし2記載の顕微鏡におい
て、 前記散乱光採取手段により採取された散乱光をレイリー
光とラマン光に分離する分離手段と、 前記分離手段により分離されたレイリー光強度より被測
定試料表面と前記プローブとの離隔情報を得る離隔情報
取得手段と、 前記分離手段により分離されたラマン光を分光しラマン
分光スペクトル情報を得るスペクトル情報取得手段と、 を備えたことを特徴とするフォトン走査トンネル顕微
鏡。
3. The microscope according to claim 1, wherein the separating means separates the scattered light collected by the scattered light collecting means into Rayleigh light and Raman light, and the Rayleigh light intensity separated by the separating means. A separation information acquisition unit for acquiring separation information between the surface of the sample to be measured and the probe, and a spectrum information acquisition unit for separating Raman light separated by the separation unit to obtain Raman spectrum spectrum information, Photon scanning tunneling microscope.
【請求項4】 請求項3記載の顕微鏡において、散乱光
採取手段を被測定試料表面上でX,Y軸方向に走査する
X,Y軸走査手段を備え、被測定試料表面の各測定部位
に於ける離隔情報及びスペクトル情報を同時取得可能な
フォトン走査トンネル顕微鏡。
4. The microscope according to claim 3, further comprising X and Y axis scanning means for scanning the scattered light sampling means on the surface of the sample to be measured in the X and Y axis directions, at each measurement site on the surface of the sample to be measured. Photon scanning tunneling microscope capable of simultaneously acquiring separation information and spectral information at the same time.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999049459A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-30 Seiko Instruments Inc. Recording apparatus

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WO1999049459A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-30 Seiko Instruments Inc. Recording apparatus

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