JPH11295325A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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- JPH11295325A JPH11295325A JP10289198A JP10289198A JPH11295325A JP H11295325 A JPH11295325 A JP H11295325A JP 10289198 A JP10289198 A JP 10289198A JP 10289198 A JP10289198 A JP 10289198A JP H11295325 A JPH11295325 A JP H11295325A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】 先端が尖鋭化されたプローブ１と試料２
は、プローブと試料間の相互作用に応じてプローブ微動
手段４と試料微動手段３によって相対距離を調節する。
プローブ１と試料２の相互作用は、プローブの変位とし
てプローブ変位検出手段５により検出される。プローブ
変位検出手段５の信号は、プローブ変位信号処理手段６
により、プローブ微動手段４によるプローブ変位信号の
みを除去した後、制御手段７に接続される。制御手段７
は、入力されたプローブと試料間の相互作用によるプロ
ーブ変位信号が常に一定となるように、プローブ微動手
段４と試料微動手段３を制御する。コンピュータ８は試
料表面を２次元的に走査した際の制御手段７の制御信号
を元に、プローブと試料間の相互作用に対応した画像を
作成する。
は、プローブと試料間の相互作用に応じてプローブ微動
手段４と試料微動手段３によって相対距離を調節する。
プローブ１と試料２の相互作用は、プローブの変位とし
てプローブ変位検出手段５により検出される。プローブ
変位検出手段５の信号は、プローブ変位信号処理手段６
により、プローブ微動手段４によるプローブ変位信号の
みを除去した後、制御手段７に接続される。制御手段７
は、入力されたプローブと試料間の相互作用によるプロ
ーブ変位信号が常に一定となるように、プローブ微動手
段４と試料微動手段３を制御する。コンピュータ８は試
料表面を２次元的に走査した際の制御手段７の制御信号
を元に、プローブと試料間の相互作用に対応した画像を
作成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】一般的に普及している原子間
力顕微鏡やトンネル顕微鏡として応用可能な分野に関す
る。
力顕微鏡やトンネル顕微鏡として応用可能な分野に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略
す）は、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）や走査型
トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略す）として、試料表面
の微細形状を観察できることから広く普及している。ま
たＡＦＭで、光伝搬体をプローブとして用い、光学系の
制御機構を付加した近視野顕微鏡なども実用化されてい
る。
す）は、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）や走査型
トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略す）として、試料表面
の微細形状を観察できることから広く普及している。ま
たＡＦＭで、光伝搬体をプローブとして用い、光学系の
制御機構を付加した近視野顕微鏡なども実用化されてい
る。
【０００３】一般的にこれらのＳＰＭは、先端を尖鋭化
したプローブを試料表面に接近させ、プローブと試料表
面との相互作用（原子間力やトンネル電流など）が一定
に保たれようにプローブと試料の間隔を微動機構で制御
しながら走査し、その際の微動機構へ印可する信号を画
像化する手法をとっている。基本的なプローブの制御方
法としては、プローブの先端を静止させたまま相互作用
が一定となるように制御する方法（以下静止モードと略
す）と、プローブを試料と垂直に共振させながら走査
し、そのプローブ先端部の振幅を利用して制御する方法
（以下共振モードと略す）の２種類がある。共振モード
は、静止モードと比較して分解能が悪いなどの欠点はあ
るが、柔らかい試料が測定しやすい、制御と関係のない
相互作用（静電気力や吸着力など）の影響を受けにくい
などの利点を持つ。
したプローブを試料表面に接近させ、プローブと試料表
面との相互作用（原子間力やトンネル電流など）が一定
に保たれようにプローブと試料の間隔を微動機構で制御
しながら走査し、その際の微動機構へ印可する信号を画
像化する手法をとっている。基本的なプローブの制御方
法としては、プローブの先端を静止させたまま相互作用
が一定となるように制御する方法（以下静止モードと略
す）と、プローブを試料と垂直に共振させながら走査
し、そのプローブ先端部の振幅を利用して制御する方法
（以下共振モードと略す）の２種類がある。共振モード
は、静止モードと比較して分解能が悪いなどの欠点はあ
るが、柔らかい試料が測定しやすい、制御と関係のない
相互作用（静電気力や吸着力など）の影響を受けにくい
などの利点を持つ。
【０００４】プローブと試料の間隔の調節は、通常試料
側またはプローブ側のどちらかに取り付けられた微動機
構で行う。この微動機構には圧電素子が用いられるが、
試料表面の走査も同時に制御可能な円筒型圧電素子が最
も一般的に使用されている。プローブの変位の検出に
は、半導体レーザーを利用した光テコ方式が広く用いら
れている。また、マイクロマシニング技術によりプロー
ブ上に圧電抵抗を形成し、その抵抗変化を利用する研究
もなされている。
側またはプローブ側のどちらかに取り付けられた微動機
構で行う。この微動機構には圧電素子が用いられるが、
試料表面の走査も同時に制御可能な円筒型圧電素子が最
も一般的に使用されている。プローブの変位の検出に
は、半導体レーザーを利用した光テコ方式が広く用いら
れている。また、マイクロマシニング技術によりプロー
ブ上に圧電抵抗を形成し、その抵抗変化を利用する研究
もなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、広い範囲をより
速く、高精度に測定可能なＳＰＭが望まれている。その
ため、微動機構となる圧電素子は、最大変位量が大き
い、高い周波数特性をもつ、などの条件を満たす必要が
ある。しかし、これらのすべての条件を単一の圧電素子
で満たすのは困難である。
速く、高精度に測定可能なＳＰＭが望まれている。その
ため、微動機構となる圧電素子は、最大変位量が大き
い、高い周波数特性をもつ、などの条件を満たす必要が
ある。しかし、これらのすべての条件を単一の圧電素子
で満たすのは困難である。
【０００６】そこで、従来の圧電素子に加えて高速駆動
の可能な圧電素子に高周波成分を分担させることで、比
較的簡単に高速、高精度の走査が可能となるが、プロー
ブと試料間の距離の制御が複雑になる。図５は、光テコ
方式ＡＦＭの静止モード測定時に、試料の凹凸に対する
プローブの変位信号および微動機構への印可信号を簡略
的に示したものである。
の可能な圧電素子に高周波成分を分担させることで、比
較的簡単に高速、高精度の走査が可能となるが、プロー
ブと試料間の距離の制御が複雑になる。図５は、光テコ
方式ＡＦＭの静止モード測定時に、試料の凹凸に対する
プローブの変位信号および微動機構への印可信号を簡略
的に示したものである。
【０００７】図５(a)の試料微動機構が駆動する場合、
試料の凹凸によるプローブのたわみが検出されると、変
位信号に応じて微動機構が駆動し、速やかにプローブの
たわみは元の状態に戻される。このようにしてプローブ
のたわみを常に一定に保つように微動機構が制御され
る。しかし、図５(ｂ)のプローブ微動機構が駆動する場
合には、プローブ微動によりたわみが元の状態の戻って
いる状態でも、変位信号が元の状態とは違っている。つ
まり、実際の原子間力によるプローブのたわみとそれを
検出するための変位信号にずれが生じることとなり、正
常に制御することができなくなる。しかし、図５（ｂ）
の変位信号を波線のように補正することで、この問題は
解決できる。
試料の凹凸によるプローブのたわみが検出されると、変
位信号に応じて微動機構が駆動し、速やかにプローブの
たわみは元の状態に戻される。このようにしてプローブ
のたわみを常に一定に保つように微動機構が制御され
る。しかし、図５(ｂ)のプローブ微動機構が駆動する場
合には、プローブ微動によりたわみが元の状態の戻って
いる状態でも、変位信号が元の状態とは違っている。つ
まり、実際の原子間力によるプローブのたわみとそれを
検出するための変位信号にずれが生じることとなり、正
常に制御することができなくなる。しかし、図５（ｂ）
の変位信号を波線のように補正することで、この問題は
解決できる。
【０００８】共振モードの場合にも、微動機構によりプ
ローブが駆動した際に、プローブの傾きが変化するなど
してプローブ変位信号の振幅が変化すると、静止モード
の場合と同様に変位信号を補正する必要がある。ただ
し、これらの補正は、微動機構への印可信号と変位信号
の関係を求めた上で適切に行われる必要がある。
ローブが駆動した際に、プローブの傾きが変化するなど
してプローブ変位信号の振幅が変化すると、静止モード
の場合と同様に変位信号を補正する必要がある。ただ
し、これらの補正は、微動機構への印可信号と変位信号
の関係を求めた上で適切に行われる必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、先端が尖鋭化されたプローブと、プローブと試料
間を相対的に移動させるプローブ微動機構および試料微
動機構と、プローブの変位を検出する手段と、プローブ
の変位信号からプローブ微動機構による変位成分を補正
する信号処理手段と、プローブと試料間の相対距離をプ
ローブ側および試料側で制御する手段と、全体を制御す
るコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡を考案し
た。
めに、先端が尖鋭化されたプローブと、プローブと試料
間を相対的に移動させるプローブ微動機構および試料微
動機構と、プローブの変位を検出する手段と、プローブ
の変位信号からプローブ微動機構による変位成分を補正
する信号処理手段と、プローブと試料間の相対距離をプ
ローブ側および試料側で制御する手段と、全体を制御す
るコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡を考案し
た。
【００１０】また、先端が尖鋭されたプローブと、プロ
ーブと試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段お
よび試料微動手段と、プローブを試料に対して垂直に振
動させる手段と、プローブの変位を検出する手段と、プ
ローブの変位を検出する手段と、プローブの変位振幅を
検出する手段と、プローブの振幅信号からプローブ微動
手段による振幅の変位成分を補正する信号処理手段と、
プローブと試料間の相対距離をプローブの振幅信号から
プローブ側および試料側で制御する手段と、全体を制御
するコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡を考案
した。
ーブと試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段お
よび試料微動手段と、プローブを試料に対して垂直に振
動させる手段と、プローブの変位を検出する手段と、プ
ローブの変位を検出する手段と、プローブの変位振幅を
検出する手段と、プローブの振幅信号からプローブ微動
手段による振幅の変位成分を補正する信号処理手段と、
プローブと試料間の相対距離をプローブの振幅信号から
プローブ側および試料側で制御する手段と、全体を制御
するコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡を考案
した。
【００１１】さらに、上記走査型プローブ顕微鏡の補正
信号処理手段として、プローブ微動手段によりプローブ
を駆動した際のプローブ変位信号の変化率に応じてプロ
ーブ微動信号の増幅率を調整できるプローブ微動信号増
幅手段と、プローブ微動信号のオフセット電圧を０Ｖに
調整可能な信号加算手段と、プローブ変位信号とプロー
ブ微動振動の増幅信号の加算手段で構成される補正信号
処理手段と、プローブ微動手段への印可電圧とプローブ
変位信号の特性曲線に応じてプローブ微動信号を増幅す
る演算回路と、プローブ微動信号のオフセット電圧を０
Ｖに調整可能な信号加算手段と、プローブ変位信号とプ
ローブ微動信号の増幅信号の加算手段で構成される補正
信号処理手段を考案した。
信号処理手段として、プローブ微動手段によりプローブ
を駆動した際のプローブ変位信号の変化率に応じてプロ
ーブ微動信号の増幅率を調整できるプローブ微動信号増
幅手段と、プローブ微動信号のオフセット電圧を０Ｖに
調整可能な信号加算手段と、プローブ変位信号とプロー
ブ微動振動の増幅信号の加算手段で構成される補正信号
処理手段と、プローブ微動手段への印可電圧とプローブ
変位信号の特性曲線に応じてプローブ微動信号を増幅す
る演算回路と、プローブ微動信号のオフセット電圧を０
Ｖに調整可能な信号加算手段と、プローブ変位信号とプ
ローブ微動信号の増幅信号の加算手段で構成される補正
信号処理手段を考案した。
【００１２】そして、請求項１のプローブ顕微鏡は、プ
ローブと試料それぞれを駆動機構する設け、さらにプロ
ーブの変位信号からプローブ駆動による変位成分を補正
する手段を設けることで、高速、高精度の測定が可能と
なる。また、請求項２により、プローブの共振状態での
測定の場合にも同様に、高速、高精度の測定が可能とな
る。
ローブと試料それぞれを駆動機構する設け、さらにプロ
ーブの変位信号からプローブ駆動による変位成分を補正
する手段を設けることで、高速、高精度の測定が可能と
なる。また、請求項２により、プローブの共振状態での
測定の場合にも同様に、高速、高精度の測定が可能とな
る。
【００１３】請求項３は、プローブ駆動によるプローブ
変位を、プローブ変位信号とプローブ駆動信号を増幅し
た信号との加算により、補正可能なプローブ顕微鏡を提
供する。請求項４は、共振モードなどにより、複雑な変
化をする系で補正信号を得ることの可能なプローブ顕微
鏡を提供する。
変位を、プローブ変位信号とプローブ駆動信号を増幅し
た信号との加算により、補正可能なプローブ顕微鏡を提
供する。請求項４は、共振モードなどにより、複雑な変
化をする系で補正信号を得ることの可能なプローブ顕微
鏡を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、本発明によるプローブ顕微鏡の構成の模式
図である。先端が尖鋭化されたプローブ１と試料２は、
プローブと試料間の相互作用に応じてプローブ微動手段
４と試料微動手段３によって相対距離を調節する。プロ
ーブ１と試料２の相互作用は、プローブの変位としてプ
ローブ変位検出手段５により検出される。プローブ変位
検出手段５の信号は、プローブ変位信号補正手段６によ
り、プローブ微動手段４によるプローブ変位信号のみを
補正した後、制御手段７に接続される。制御手段７は、
入力されたプローブと試料間の相互作用によるプローブ
変位信号が常に一定となるように、プローブ微動手段４
と試料微動手段３を制御する。コンピュータ８は試料表
面を２次元的に走査した際の制御手段７の制御信号を元
に、プローブと試料間の相互作用に対応した画像を作成
する。
る。図１は、本発明によるプローブ顕微鏡の構成の模式
図である。先端が尖鋭化されたプローブ１と試料２は、
プローブと試料間の相互作用に応じてプローブ微動手段
４と試料微動手段３によって相対距離を調節する。プロ
ーブ１と試料２の相互作用は、プローブの変位としてプ
ローブ変位検出手段５により検出される。プローブ変位
検出手段５の信号は、プローブ変位信号補正手段６によ
り、プローブ微動手段４によるプローブ変位信号のみを
補正した後、制御手段７に接続される。制御手段７は、
入力されたプローブと試料間の相互作用によるプローブ
変位信号が常に一定となるように、プローブ微動手段４
と試料微動手段３を制御する。コンピュータ８は試料表
面を２次元的に走査した際の制御手段７の制御信号を元
に、プローブと試料間の相互作用に対応した画像を作成
する。
【００１５】図２は、プローブを共振させた状態で測定
するプローブの顕微鏡の模式図である。プローブ１はプ
ローブ共振手段１０により、共振された状態で制御され
る。プローブ１と試料２との相互作用によるプローブ変
位信号は、プローブの共振に対応した周波数のＡＣ信号
となるが、プローブ振幅信号抽出手段１１により振幅に
対応したＤＣ信号変換する。 このＤＣ信号に基づい
て、図１と同様にプローブ変位信号補正手段６、制御手
段７、コンピュータ８により制御され、画像化される。
するプローブの顕微鏡の模式図である。プローブ１はプ
ローブ共振手段１０により、共振された状態で制御され
る。プローブ１と試料２との相互作用によるプローブ変
位信号は、プローブの共振に対応した周波数のＡＣ信号
となるが、プローブ振幅信号抽出手段１１により振幅に
対応したＤＣ信号変換する。 このＤＣ信号に基づい
て、図１と同様にプローブ変位信号補正手段６、制御手
段７、コンピュータ８により制御され、画像化される。
【００１６】図３は、プローブ変位信号補正手段の構成
模式図である。制御手段７から出力されるプローブを駆
動するためのプローブ微動信号Ｂは、プローブ微動信号
増幅手段２６によって、プローブの駆動電圧とプローブ
変位の関係から求められた増幅率で増幅される（信号
Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が０Ｖとなるよう
に、オフセット信号加算手段２７によって調整された後
（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプローブ変位信号と加
算されることで、プローブ変位信号の補正を可能とする
（信号Ｅ）。プローブ微動信号増幅手段２６による増幅
率をＸ、オフセット信号加算手段２７によって加算され
るオフセット電圧をＹとすると、それぞれの処理は次の
ような式で表される。
模式図である。制御手段７から出力されるプローブを駆
動するためのプローブ微動信号Ｂは、プローブ微動信号
増幅手段２６によって、プローブの駆動電圧とプローブ
変位の関係から求められた増幅率で増幅される（信号
Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が０Ｖとなるよう
に、オフセット信号加算手段２７によって調整された後
（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプローブ変位信号と加
算されることで、プローブ変位信号の補正を可能とする
（信号Ｅ）。プローブ微動信号増幅手段２６による増幅
率をＸ、オフセット信号加算手段２７によって加算され
るオフセット電圧をＹとすると、それぞれの処理は次の
ような式で表される。
【００１７】Ｃ＝ＢＸ Ｄ＝Ｃ＋Ｙ＝ＢＸ＋Ｙ Ｅ＝Ａ＋Ｄ＝Ａ＋ＢＸ＋Ｙ 図４は、より複雑な変化に対応するプローブ変位信号補
正手段の構成模式図である。
正手段の構成模式図である。
【００１８】プローブを駆動するための信号（信号Ｂ）
は、アナログマルチプライア回路やデジタルシグナルプ
ロセッサなどの演算回路２９によって、プローブの駆動
電圧とプローブ変位の曲線特性から求められた増幅率で
増幅される（信号Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が
０Ｖとなるように、オフセット信号加算手段２７によっ
て調整された後（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプロー
ブ変位信号と加算されることで、プローブ変位信号の補
正を可能とする（信号Ｅ）。プローブの駆動電圧とプロ
ーブの曲線特性に対応する増幅率を関数Ｆ（Ｂ）、オフ
セット電圧をＹとすると図３と同様に次のような式で表
される。
は、アナログマルチプライア回路やデジタルシグナルプ
ロセッサなどの演算回路２９によって、プローブの駆動
電圧とプローブ変位の曲線特性から求められた増幅率で
増幅される（信号Ｃ）。また、さらにオフセット電圧が
０Ｖとなるように、オフセット信号加算手段２７によっ
て調整された後（信号Ｄ）、信号加算手段２８でプロー
ブ変位信号と加算されることで、プローブ変位信号の補
正を可能とする（信号Ｅ）。プローブの駆動電圧とプロ
ーブの曲線特性に対応する増幅率を関数Ｆ（Ｂ）、オフ
セット電圧をＹとすると図３と同様に次のような式で表
される。
【００１９】Ｃ＝Ｆ（Ｂ） Ｄ＝Ｃ＋Ｙ＝Ｆ（Ｂ）＋Ｙ Ｅ＝Ａ＋Ｄ＝Ａ＋Ｆ（Ｂ）＋Ｙ 次に、本発明のＡＦＭのへの応用例を紹介する。図６が
その構成図である。
その構成図である。
【００２０】プローブとして従来のＡＦＭカンチレバー
１１を使用可能なように、カンチレバーホルダーにプロ
ーブ微動手段となる積層型圧電素子１４とプローブを共
振させるためのバイモルフ１５を設けた。このカンチレ
バーホルダーの外観図を図４に示す。積層型圧電素子１
４、バイモルフ１５、斜面ブロック２４はそれぞれ接着
剤によりアングル２２に固定され、アングルはホルダー
体２３に固定されている。試料１２の微動手段として円
筒型圧電素子１３を用いることで、カンチレバーと試料
の相対距離の調節とともに、試料表面の走査にも利用可
能である。プローブ変位検出手段として光テコ方式を用
いることで、カンチレバーと試料との相互作用をカンチ
レバーのたわみとして検出できる。レーザーダイオード
１６からレーザー光をカンチレバー背面で反射させ、そ
の反射光を２分割されたフォトダイオード１７で電気信
号に変換する。ＡＦＭカンチレバー１１のたわみにより
ＡＦＭカンチレバー１１の先端部の角度が変化すると、
２分割されたフォトダイオード１７の差分信号（以下Ｄ
ＩＦ信号と略す）が変化するという原理となっている。
ＡＦＭカンチレバー１１が共振状態の場合、ＤＩＦ信号
はＡＦＭカンチレバー１１の共振に対応した周波数を持
つＡＣ信号となる。このＤＩＦ信号をロックインアンプ
１８に接続することで振幅信号が得られる。この振幅信
号によりそれぞれの圧電素子を制御する。
１１を使用可能なように、カンチレバーホルダーにプロ
ーブ微動手段となる積層型圧電素子１４とプローブを共
振させるためのバイモルフ１５を設けた。このカンチレ
バーホルダーの外観図を図４に示す。積層型圧電素子１
４、バイモルフ１５、斜面ブロック２４はそれぞれ接着
剤によりアングル２２に固定され、アングルはホルダー
体２３に固定されている。試料１２の微動手段として円
筒型圧電素子１３を用いることで、カンチレバーと試料
の相対距離の調節とともに、試料表面の走査にも利用可
能である。プローブ変位検出手段として光テコ方式を用
いることで、カンチレバーと試料との相互作用をカンチ
レバーのたわみとして検出できる。レーザーダイオード
１６からレーザー光をカンチレバー背面で反射させ、そ
の反射光を２分割されたフォトダイオード１７で電気信
号に変換する。ＡＦＭカンチレバー１１のたわみにより
ＡＦＭカンチレバー１１の先端部の角度が変化すると、
２分割されたフォトダイオード１７の差分信号（以下Ｄ
ＩＦ信号と略す）が変化するという原理となっている。
ＡＦＭカンチレバー１１が共振状態の場合、ＤＩＦ信号
はＡＦＭカンチレバー１１の共振に対応した周波数を持
つＡＣ信号となる。このＤＩＦ信号をロックインアンプ
１８に接続することで振幅信号が得られる。この振幅信
号によりそれぞれの圧電素子を制御する。
【００２１】ここで、積層型圧電素子１４を駆動した場
合にもＤＩＦ信号は変化する。静止モードにおいて、積
層型圧電素子１４への印可電圧とＤＩＦ信号の関係は、
図８のような比例関係となる。また、ＡＦＭカンチレバ
ー１１が共振状態にある場合も、積層型圧電素子１４の
駆動に伴うＡＦＭカンチレバー１１の角度の変化などに
より、振幅が変化する。この場合の印可電圧と振幅信号
の特性は図９のような曲線となる。補正回路１９は、静
止モードの場合、印可信号を図８の直線の傾きに応じて
増幅し、オフセット調整をした上で、ＤＩＦ信号に加算
する。つまり、図８の直線の傾き、切片が図３の増幅率
Ｘ、オフセット電圧Ｙに対応している。この結果、積層
型圧電素子１４を駆動してもＤＩＦ信号は一定に保たれ
る。
合にもＤＩＦ信号は変化する。静止モードにおいて、積
層型圧電素子１４への印可電圧とＤＩＦ信号の関係は、
図８のような比例関係となる。また、ＡＦＭカンチレバ
ー１１が共振状態にある場合も、積層型圧電素子１４の
駆動に伴うＡＦＭカンチレバー１１の角度の変化などに
より、振幅が変化する。この場合の印可電圧と振幅信号
の特性は図９のような曲線となる。補正回路１９は、静
止モードの場合、印可信号を図８の直線の傾きに応じて
増幅し、オフセット調整をした上で、ＤＩＦ信号に加算
する。つまり、図８の直線の傾き、切片が図３の増幅率
Ｘ、オフセット電圧Ｙに対応している。この結果、積層
型圧電素子１４を駆動してもＤＩＦ信号は一定に保たれ
る。
【００２２】また共振モードの場合には、図９の曲線特
性を図４の関数Ｆ（Ｂ）として求め、その関数Ｆ（Ｂ）
に従ってアナログマルチプライヤ回路により駆動電圧を
増幅する。その後は静止モードと同様にその増幅された
駆動信号と振幅信号を加算し、補正する。制御回路２０
では、まず補正回路１９の出力信号をステートバリアブ
ルフィルタにより低、高周波数信号に分離する。低周波
数信号は積分回路にかけた後、適切な範囲に昇圧し円筒
型圧電素子１３に印可する。また、高周波数信号は昇圧
し、積層型圧電素子１４に印可する。コンピュータ２１
は、試料表面の２次元的に走査した際の制御回路２０の
信号から試料の表面形状像を作成する。
性を図４の関数Ｆ（Ｂ）として求め、その関数Ｆ（Ｂ）
に従ってアナログマルチプライヤ回路により駆動電圧を
増幅する。その後は静止モードと同様にその増幅された
駆動信号と振幅信号を加算し、補正する。制御回路２０
では、まず補正回路１９の出力信号をステートバリアブ
ルフィルタにより低、高周波数信号に分離する。低周波
数信号は積分回路にかけた後、適切な範囲に昇圧し円筒
型圧電素子１３に印可する。また、高周波数信号は昇圧
し、積層型圧電素子１４に印可する。コンピュータ２１
は、試料表面の２次元的に走査した際の制御回路２０の
信号から試料の表面形状像を作成する。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、プローブおよび試料同時
駆動による制御が可能となり、より広範囲をより高速に
走査可能なプローブ顕微鏡が実現できた。
駆動による制御が可能となり、より広範囲をより高速に
走査可能なプローブ顕微鏡が実現できた。
【図１】本発明によるプローブ顕微鏡の構成の模式図で
ある。
ある。
【図２】本発明によるプローブ顕微鏡のプローブを共振
させる場合の構成の模式図である。
させる場合の構成の模式図である。
【図３】本発明による静止モードでのプローブ変位信号
補正手段の構成模式図である。
補正手段の構成模式図である。
【図４】本発明による共振モードでのプローブ変位信号
補正手段の構成模式図である。
補正手段の構成模式図である。
【図５】プローブ微動によるプローブ変位信号の変化を
表す簡略図である。
表す簡略図である。
【図６】本発明をＡＦＭへの応用例の構成図である。
【図７】構成例で用いたＡＦＭカンチレバーホルダーの
外観図である。
外観図である。
【図８】積層型圧電素子印可電圧とＤＩＦ信号の特性図
である。
である。
【図９】積層型圧電素子印可電圧と振幅信号の特性図で
ある。
ある。
１ プローブ ２ 試料 ３ 試料微動手段 ４ プローブ微動手段 ５ プローブ変位検出手段 ６ プローブ変位信号補正手段 ７ 制御手段 ８ コンピュータ ９ プローブ共振手段 １０ プローブ振幅信号抽出手段 １１ ＡＦＭカンチレバー １２ 試料 １３ 円筒型圧電素子 １４ 積層型圧電素子 １５ バイモルフ １６ レーザーダイオード １７ フォトダイオード １８ ロックインアンプ １９ 補正回路 ２０ 制御回路 ２１ コンピュータ ２２ アングル ２３ ホルダー体 ２４ 斜面ブロック ２５ 光反射板 ２６ プローブ微動信号増幅手段 ２７ オフセット信号加算手段 ２８ 信号加算手段 ２９ 演算回路
Claims (4)
- 【請求項１】 先端が尖鋭されたプローブと、プローブ
と試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段および
試料微動手段と、プローブの変位を検出する手段と、プ
ローブの変位信号からプローブ微動手段による変位成分
を補正する信号処理手段と、プローブと試料間の相対距
離をプローブ側および試料側で制御する手段と、全体を
制御するコンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項２】 先端が尖鋭されたプローブと、プローブ
と試料間を相対的に移動させるプローブ微動手段および
試料微動手段と、プローブを試料に対して垂直に振動さ
せる手段と、プローブの変位を検出する手段と、プロー
ブの変位を検出する手段と、プローブの変位振幅を検出
する手段と、プローブの振幅信号からプローブ微動手段
による振幅の変位成分を補正する信号処理手段と、プロ
ーブと試料間の相対距離をプローブの振幅信号からプロ
ーブ側および試料側で制御する手段と、全体を制御する
コンピュータからなる走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項３】 上記の請求項１または２の走査型プロー
ブ顕微鏡において、上記補正信号処理手段がプローブ微
動手段によりプローブを駆動した際のプローブ変位信号
の変化率に応じてプローブ微動信号の増幅率を調整でき
るプローブ微動信号増幅手段と、プローブ微動信号のオ
フセット電圧を０Ｖに調整可能な信号加算手段と、プロ
ーブ変位信号とプローブ微動信号の増幅信号の加算手段
で構成されることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】 請求項１または２の走査型プローブ顕微
鏡において、上記補正信号処理手段がプローブ微動手段
への印可電圧とプローブ変位信号の特性曲線に応じてプ
ローブ微動信号を増幅する演算回路と、プローブ微動信
号のオフセット電圧を０Ｖに調整可能な信号加算手段
と、プローブ変位信号とプローブ微動信号の増幅信号の
加算手段で構成されることを特徴とする走査型プローブ
顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289198A JPH11295325A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289198A JPH11295325A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295325A true JPH11295325A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14339493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10289198A Withdrawn JPH11295325A (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295325A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106841684A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 长春理工大学 | 细胞生长状态的协同测量方法 |
-
1998
- 1998-04-14 JP JP10289198A patent/JPH11295325A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106841684A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 长春理工大学 | 细胞生长状态的协同测量方法 |
| CN106841684B (zh) * | 2017-01-16 | 2019-05-21 | 长春理工大学 | 细胞生长状态的协同测量方法 |
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Legal Events
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