JPH11166806A - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH11166806A JPH11166806A JP33317397A JP33317397A JPH11166806A JP H11166806 A JPH11166806 A JP H11166806A JP 33317397 A JP33317397 A JP 33317397A JP 33317397 A JP33317397 A JP 33317397A JP H11166806 A JPH11166806 A JP H11166806A
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- Japan
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- probe
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 正確な微分コンダクタンスの測定が行える走
査トンネル顕微鏡を提供すること。 【解決手段】 本発明においては、シールド体３が試料
ホルダ２に取り付けられて、シールド体３が探針６と試
料１間に配置されるので、探針６と試料１間の静電容量
は従来に比べかなり小さくなる。このため、探針６と試
料１間には、バックグランドとなる電流がほとんど流れ
ず、前記微分コンダクタンス像表示手段１３の画面上に
は、真の微分コンダクタンスを表した像が表示される。
査トンネル顕微鏡を提供すること。 【解決手段】 本発明においては、シールド体３が試料
ホルダ２に取り付けられて、シールド体３が探針６と試
料１間に配置されるので、探針６と試料１間の静電容量
は従来に比べかなり小さくなる。このため、探針６と試
料１間には、バックグランドとなる電流がほとんど流れ
ず、前記微分コンダクタンス像表示手段１３の画面上に
は、真の微分コンダクタンスを表した像が表示される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は走査トンネル顕微
鏡に関する。
鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】 走査トンネル顕微鏡は、試料表面の凹
凸を画像化する装置である。この走査トンネル顕微鏡
は、探針と試料間に印加されるバイアス電圧に交流電圧
を重畳して、この交流電圧の変化ｄＶに対するトンネル
電流の変化ｄＩから微分コンダクタンス（ｄＩ／ｄＶ）
を求める機構を備えており、この微分コンダクタンスか
ら、試料の表面原子の電子状態を把握することができ
る。
凸を画像化する装置である。この走査トンネル顕微鏡
は、探針と試料間に印加されるバイアス電圧に交流電圧
を重畳して、この交流電圧の変化ｄＶに対するトンネル
電流の変化ｄＩから微分コンダクタンス（ｄＩ／ｄＶ）
を求める機構を備えており、この微分コンダクタンスか
ら、試料の表面原子の電子状態を把握することができ
る。
【発明が解決しようとする課題】 ところで、前記探針
は探針ホルダに、また、前記試料は試料ホルダに取り付
けられているため、探針と試料間の静電容量は、その分
大きくなる。このため、トンネル電流が流れない探針−
試料間においても、前記交流電圧に同期した電流が探針
と試料間に流れる。この電流は、トンネル電流のバック
グランドとなり、従来においては微分コンダクタンスの
正確な測定ができなかった。
は探針ホルダに、また、前記試料は試料ホルダに取り付
けられているため、探針と試料間の静電容量は、その分
大きくなる。このため、トンネル電流が流れない探針−
試料間においても、前記交流電圧に同期した電流が探針
と試料間に流れる。この電流は、トンネル電流のバック
グランドとなり、従来においては微分コンダクタンスの
正確な測定ができなかった。
【０００３】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、正確な微分コンダクタンスの測定が
行える走査トンネル顕微鏡を提供することにある。
ので、その目的は、正確な微分コンダクタンスの測定が
行える走査トンネル顕微鏡を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 この目的を達成する本
発明の走査トンネル顕微鏡は、探針と試料を接近させた
状態で、探針と試料間に印加する電圧を変化させ、その
電圧の変化に対するトンネル電流の変化を求めるように
した走査トンネル顕微鏡において、前記探針と試料間又
は探針の周り又は試料の周りにシールド体を備えたこと
を特徴とする。
発明の走査トンネル顕微鏡は、探針と試料を接近させた
状態で、探針と試料間に印加する電圧を変化させ、その
電圧の変化に対するトンネル電流の変化を求めるように
した走査トンネル顕微鏡において、前記探針と試料間又
は探針の周り又は試料の周りにシールド体を備えたこと
を特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】 以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【０００６】図１は、本発明の走査トンネル顕微鏡の一
例を示した図である。
例を示した図である。
【０００７】図１において、１は試料であり、試料１は
試料ホルダ２上に置かれている。試料ホルダ２には、接
地電位に保たれたシールド体３が取り付けられており、
このように試料ホルダ２にシールド体３が取り付けられ
ることが本発明の特徴である。図２は、シールド体３を
詳しく説明するために示した図であり、シールド体３
は、試料１の周りを囲むように構成されており、シール
ド体３には、後述する探針が試料１に接近できるように
孔Ｏが設けられている。
試料ホルダ２上に置かれている。試料ホルダ２には、接
地電位に保たれたシールド体３が取り付けられており、
このように試料ホルダ２にシールド体３が取り付けられ
ることが本発明の特徴である。図２は、シールド体３を
詳しく説明するために示した図であり、シールド体３
は、試料１の周りを囲むように構成されており、シール
ド体３には、後述する探針が試料１に接近できるように
孔Ｏが設けられている。
【０００８】図１において、４はスキャナであり、スキ
ャナ４は、試料室５の上壁に取り付けられている。スキ
ャナ４は、Ｚ方向に移動可能なＺ移動素子４Ｚと、Ｘお
よびＹ方向に移動可能なＸＹ移動素子４ＸＹから構成さ
れている。このＸＹ移動素子４ＸＹには、探針６を保持
した探針ホルダ７が取り付けられており、探針６は前記
孔Ｏを通って試料１に接近している。
ャナ４は、試料室５の上壁に取り付けられている。スキ
ャナ４は、Ｚ方向に移動可能なＺ移動素子４Ｚと、Ｘお
よびＹ方向に移動可能なＸＹ移動素子４ＸＹから構成さ
れている。このＸＹ移動素子４ＸＹには、探針６を保持
した探針ホルダ７が取り付けられており、探針６は前記
孔Ｏを通って試料１に接近している。
【０００９】８は、試料１と探針６間にバイアス電圧を
印加するためのバイアス電圧電源であり、バイアス電圧
電源８は、加算器９を介して試料１に接続されている。
加算器９には、交流電圧信号が交流電圧発生手段１０か
ら送られており、また、交流電圧発生手段１０は、前記
交流電圧信号を表す参照信号をロックインアンプ１１に
送る。ロックインアンプ１１には、前記探針６と試料１
間に流れるトンネル電流を電圧に変換するＩＶ変換手段
１２の出力信号が送られており、ロックインアンプ１１
の出力信号は、微分コンダクタンス像表示手段１３に送
られる。
印加するためのバイアス電圧電源であり、バイアス電圧
電源８は、加算器９を介して試料１に接続されている。
加算器９には、交流電圧信号が交流電圧発生手段１０か
ら送られており、また、交流電圧発生手段１０は、前記
交流電圧信号を表す参照信号をロックインアンプ１１に
送る。ロックインアンプ１１には、前記探針６と試料１
間に流れるトンネル電流を電圧に変換するＩＶ変換手段
１２の出力信号が送られており、ロックインアンプ１１
の出力信号は、微分コンダクタンス像表示手段１３に送
られる。
【００１０】前記ＩＶ変換手段１２の出力信号は、ＳＴ
Ｍ制御手段１４にも送られており、ＳＴＭ制御手段１４
の出力信号は、ＳＴＭ像表示手段１５と、前記Ｚ移動素
子４Ｚを制御するＺ移動素子制御手段１６に送られる。
１７はＸＹ移動素子制御手段であり、ＸＹ移動素子制御
手段１７は、前記ＸＹ移動素子４ＸＹに走査信号を送る
と共に、その走査信号に対応した信号を前記微分コンダ
クタンス像表示手段１３とＳＴＭ像表示手段１５に送
る。
Ｍ制御手段１４にも送られており、ＳＴＭ制御手段１４
の出力信号は、ＳＴＭ像表示手段１５と、前記Ｚ移動素
子４Ｚを制御するＺ移動素子制御手段１６に送られる。
１７はＸＹ移動素子制御手段であり、ＸＹ移動素子制御
手段１７は、前記ＸＹ移動素子４ＸＹに走査信号を送る
と共に、その走査信号に対応した信号を前記微分コンダ
クタンス像表示手段１３とＳＴＭ像表示手段１５に送
る。
【００１１】以上、図１の装置の構成について説明した
が、以下に、この装置の動作について説明する。
が、以下に、この装置の動作について説明する。
【００１２】まず、前記探針６と試料１間の距離が１ｎ
ｍ程度になるように、探針６が試料１に近付けられる。
そして、前記加算器９は、バイアス電圧電源８の出力す
るバイアス電圧Ｖ0と交流電圧発生手段１０の出力する
交流電圧ＶAを加算して出力し、探針６と試料１間に
は、バイアス電圧に交流電圧が重畳した電圧（Ｖ0＋
ＶA）が印加される。すると、探針６と試料１間にトン
ネル電流Ｉが流れる。図３は、探針６と試料１間に印加
される電圧（Ｖ0＋ＶA）の変化と、試料上のある点にお
ける、探針６と試料１間に流れるトンネル電流Ｉの変化
を示したものである。探針６と試料１間に流れるトンネ
ル電流Ｉは、ＩＶ変換手段１２で電圧に変換されて、ロ
ックインアンプ１１とＳＴＭ制御手段１４に送られる。
ｍ程度になるように、探針６が試料１に近付けられる。
そして、前記加算器９は、バイアス電圧電源８の出力す
るバイアス電圧Ｖ0と交流電圧発生手段１０の出力する
交流電圧ＶAを加算して出力し、探針６と試料１間に
は、バイアス電圧に交流電圧が重畳した電圧（Ｖ0＋
ＶA）が印加される。すると、探針６と試料１間にトン
ネル電流Ｉが流れる。図３は、探針６と試料１間に印加
される電圧（Ｖ0＋ＶA）の変化と、試料上のある点にお
ける、探針６と試料１間に流れるトンネル電流Ｉの変化
を示したものである。探針６と試料１間に流れるトンネ
ル電流Ｉは、ＩＶ変換手段１２で電圧に変換されて、ロ
ックインアンプ１１とＳＴＭ制御手段１４に送られる。
【００１３】ロックインアンプ１１は、ＩＶ変換手段１
２から送られてくる電圧信号から、前記交流電圧ＶAの
変化に同期して変化する信号成分を抽出し、交流電圧Ｖ
Aの変化ｄＶに対するトンネル電流Ｉの変化ｄＩ（ｄＩ
／ｄＶ）、すなわち、微分コンダクタンス（ｄＩ／ｄ
Ｖ）を求めて微分コンダクタンス像表示手段１３に出力
する。
２から送られてくる電圧信号から、前記交流電圧ＶAの
変化に同期して変化する信号成分を抽出し、交流電圧Ｖ
Aの変化ｄＶに対するトンネル電流Ｉの変化ｄＩ（ｄＩ
／ｄＶ）、すなわち、微分コンダクタンス（ｄＩ／ｄ
Ｖ）を求めて微分コンダクタンス像表示手段１３に出力
する。
【００１４】このような、ロックインアンプ１１の微分
コンダクタンス像表示手段１３への出力は、探針６がＸ
Ｙ走査されている間行われ、微分コンダクタンス像表示
手段１３の表示画面上には、試料の２次元的な微分コン
ダクタンス像が表示される。本発明においては、シール
ド体３が試料ホルダ２に取り付けられて、シールド体３
が探針６と試料１間に配置されるので、探針６と試料１
間の静電容量は従来に比べかなり小さくなる。このた
め、探針６と試料１間には、前記バックグランドとなる
電流がほとんど流れず、前記微分コンダクタンス像表示
手段１３の画面上には、真の微分コンダクタンスを表し
た像が表示される。
コンダクタンス像表示手段１３への出力は、探針６がＸ
Ｙ走査されている間行われ、微分コンダクタンス像表示
手段１３の表示画面上には、試料の２次元的な微分コン
ダクタンス像が表示される。本発明においては、シール
ド体３が試料ホルダ２に取り付けられて、シールド体３
が探針６と試料１間に配置されるので、探針６と試料１
間の静電容量は従来に比べかなり小さくなる。このた
め、探針６と試料１間には、前記バックグランドとなる
電流がほとんど流れず、前記微分コンダクタンス像表示
手段１３の画面上には、真の微分コンダクタンスを表し
た像が表示される。
【００１５】一方、前記ＳＴＭ制御手段１４は、ＩＶ変
換手段１２から送られてくる電圧信号を整流し、整流後
の電圧信号の強度が所定の強度になるように、すなわ
ち、前記探針６と試料１間の距離が所定距離に保たれる
ように前記Ｚ移動素子制御手段１６を制御する。この制
御信号は前記ＳＴＭ像表示手段１５に送られる。
換手段１２から送られてくる電圧信号を整流し、整流後
の電圧信号の強度が所定の強度になるように、すなわ
ち、前記探針６と試料１間の距離が所定距離に保たれる
ように前記Ｚ移動素子制御手段１６を制御する。この制
御信号は前記ＳＴＭ像表示手段１５に送られる。
【００１６】このような、ＳＴＭ制御手段１４のＳＴＭ
像表示手段１５への出力は、探針６がＸＹ走査されてい
る間行われ、ＳＴＭ像表示手段１５の表示画面上には、
試料の２次元的な凹凸像が表示される。
像表示手段１５への出力は、探針６がＸＹ走査されてい
る間行われ、ＳＴＭ像表示手段１５の表示画面上には、
試料の２次元的な凹凸像が表示される。
【００１７】以上、本発明の走査トンネル顕微鏡の一例
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００１８】上記例では、シールド体は試料ホルダに取
り付けられているが、図４に示すように、シールド体１
８をスキャナ４に取り付けるようにしても良い。なお、
シールド体１８は、スキャナ４、探針ホルダ７および探
針６の周りを囲むように構成されており、シールド体１
８には、探針６が試料に接近できるように孔Ｈが設けら
れている。
り付けられているが、図４に示すように、シールド体１
８をスキャナ４に取り付けるようにしても良い。なお、
シールド体１８は、スキャナ４、探針ホルダ７および探
針６の周りを囲むように構成されており、シールド体１
８には、探針６が試料に接近できるように孔Ｈが設けら
れている。
【００１９】また、図１の装置において、探針を試料上
のある位置で固定し、各バイアス電圧における微分コン
ダクタンス（ｄＩ／ｄＶ）を検出して図５に示すような
波形を表示させれば、その位置における試料の表面原子
の電子状態密度を知ることができる。
のある位置で固定し、各バイアス電圧における微分コン
ダクタンス（ｄＩ／ｄＶ）を検出して図５に示すような
波形を表示させれば、その位置における試料の表面原子
の電子状態密度を知ることができる。
【図１】 本発明の走査トンネル顕微鏡の一例を示した
図である。
図である。
【図２】 図１のシールド体３を詳しく説明するために
示した図である。
示した図である。
【図３】 探針と試料間に印加される電圧と、その間に
流れるトンネル電流を示した図である。
流れるトンネル電流を示した図である。
【図４】 本発明の他の例を説明するために示した図で
ある。
ある。
【図５】 本発明の他の例を説明するために示した図で
ある。
ある。
１…試料、２…試料ホルダ、３、１８…シールド体、４
…スキャナ、４ＸＹ…ＸＹ移動素子、４Ｚ…Ｚ移動素
子、５…試料室、６…探針、７…探針ホルダ、８…バイ
アス電圧電源、９…加算器、１０…交流電圧発生手段、
１１…ロックインアンプ、１２…ＩＶ変換手段、１３…
微分コンダクタンス像表示手段、１４…ＳＴＭ制御手
段、１５…ＳＴＭ像表示手段、１６…Ｚ移動素子制御手
段、１７…ＸＹ移動素子制御手段、Ｏ、Ｈ…孔
…スキャナ、４ＸＹ…ＸＹ移動素子、４Ｚ…Ｚ移動素
子、５…試料室、６…探針、７…探針ホルダ、８…バイ
アス電圧電源、９…加算器、１０…交流電圧発生手段、
１１…ロックインアンプ、１２…ＩＶ変換手段、１３…
微分コンダクタンス像表示手段、１４…ＳＴＭ制御手
段、１５…ＳＴＭ像表示手段、１６…Ｚ移動素子制御手
段、１７…ＸＹ移動素子制御手段、Ｏ、Ｈ…孔
Claims (5)
- 【請求項１】 探針と試料を接近させた状態で、探針と
試料間に印加する電圧を変化させ、その電圧の変化に対
するトンネル電流の変化を求めるようにした走査トンネ
ル顕微鏡において、前記探針と試料間、又は探針の周
り、又は試料の周りにシールド体を備えたことを特徴と
する走査トンネル顕微鏡。 - 【請求項２】 前記シールド体は、アース電位に保たれ
ることを特徴とする請求項１記載の走査トンネル顕微
鏡。 - 【請求項３】 前記シールド体は、試料ホルダに取り付
けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査
トンネル顕微鏡。 - 【請求項４】 前記シールド体は、探針側に取り付けら
れることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査トン
ネル顕微鏡。 - 【請求項５】 探針と試料を接近させた状態で探針と試
料間にバイアス電圧を印加し、探針と試料間に流れるト
ンネル電流を検出するようにした走査トンネル顕微鏡に
おいて、前記探針と試料間、又は探針の周り、又は試料
の周りにシールド体を備えたことを特徴とする走査トン
ネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33317397A JPH11166806A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33317397A JPH11166806A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166806A true JPH11166806A (ja) | 1999-06-22 |
Family
ID=18263124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33317397A Pending JPH11166806A (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11166806A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT411111B (de) * | 2002-01-29 | 2003-09-25 | Photonic Optische Geraete Gmbh | Beleuchtungseinrichtung |
| JP2019513981A (ja) * | 2016-04-08 | 2019-05-30 | トレック インコーポレイテッド | シールディングに優れる静電気力検出器および静電気力検出器の使用方法関連出願の相互参照 本願は、２０１６年４月８日に出願された米国仮特許出願番号第６２／３２０４０９号の優先権を主張するものである。 |
| CN114581343A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 南京大学 | 一种图像的修复方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
1997
- 1997-12-03 JP JP33317397A patent/JPH11166806A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT411111B (de) * | 2002-01-29 | 2003-09-25 | Photonic Optische Geraete Gmbh | Beleuchtungseinrichtung |
| JP2019513981A (ja) * | 2016-04-08 | 2019-05-30 | トレック インコーポレイテッド | シールディングに優れる静電気力検出器および静電気力検出器の使用方法関連出願の相互参照 本願は、２０１６年４月８日に出願された米国仮特許出願番号第６２／３２０４０９号の優先権を主張するものである。 |
| CN114581343A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 南京大学 | 一种图像的修复方法、装置、电子设备及存储介质 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031111 |