JPS63238503A - 走査トンネル顕微鏡におけるチツプ走査装置 - Google Patents

走査トンネル顕微鏡におけるチツプ走査装置

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JPS63238503A
JPS63238503A JP62073757A JP7375787A JPS63238503A JP S63238503 A JPS63238503 A JP S63238503A JP 62073757 A JP62073757 A JP 62073757A JP 7375787 A JP7375787 A JP 7375787A JP S63238503 A JPS63238503 A JP S63238503A
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scanning
chip
voltage
piezoelectric
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岩槻　正志
Koro Oi
公郎 大井
Kazuma Suzuki
数馬 鈴木
Kiyoshi Miyashita
宮下　淑
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Rion Co Ltd
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Jeol Ltd
Rion Co Ltd
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    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野１ 本発明は走査トンネル顕微鏡のチップを、試料面に平行
な方向に移動させるための走査トンネル顕微鏡における
チップ走査装置に関する。
［従来の技術］ 走査トンネル顕微鏡においては、チップを試料面に平行
なＸ及びＹ方向に移動させて、試料表面を走査している
。
このような走査トンネル顕微鏡におけるチップ走査装置
としては、従来キュービック型と呼ばれるものと、チュ
ーブ型と呼ばれるものが使用されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 第３図（ａ）、（ｂ）はキュービック型と呼ばれるチッ
プ走査装置を説明するための図である。
図中１ｘ、１ｙは各々Ｘ、Ｙ方向走査用の圧電素子であ
り、２はＺ方向におけるチップ先端位置を制御するため
の圧電素子であり、３はチップである。
このようなキュービック型の走査装置においては、圧電
素子の両端間に電圧を印加し、この電圧に基づく電界の
方向に圧電素子を分極させて第３図（ｂ＞の点線で示す
ように歪ませ、Ｘ及びＹ走杏を行なっている。このよう
なキュービック型の走査装置にＪ３いては、第３図（ｂ
）から明らかなように、Ｘ走査を行なうための圧電素子
１ｘを歪まぜると、Ｙ−２面に対して大きな応力がかか
り割れが発生することがある。そのため、このキュービ
ック型の走査装置においては、比較的大きな距離にわた
る広い範囲の走査を行なうことができなかった。又、Ｘ
方向走査用の圧電素子を伸縮させると、チップ先端のＹ
方向位置も変化してしまうため、走査トンネル顕微鏡像
に歪みが生じる欠点があった。
第４図（ａ＞、（ｂ）はデユープ型の走査装置を示すも
ので、第４図において４ｘ′、４ｘはＸ方向における各
々粗動用及び微動用の圧電素子であり、４Ｖ′、４Ｖは
Ｙ方向における各々粗動用及び微動用の圧電素子である
。５はＺ方向の位置制御用の圧電素子であり、圧電素子
５は前記素子４ｘ、４ｘ′、４Ｖ、４’Ｔ／−に接着さ
れて設けられており、圧電素子５にチップ６が取り付け
られている。
このようなチューブ型の走査装置においては、圧電索子
４ｘ−に例えば伸びの歪みを生じさせると共に、圧電素
子４ｘに縮みの歪みを生じさせて第４図（ｂ）に示すよ
うにチップ６をＸ方向に走査しているが、素子の撓みを
利用しているため、高速走査することができなかった。
本発明はこのような従来の問題を解決し、広い範囲にわ
たる走査を歪み無く高速に行なうことのできる走査トン
ネル顕微鏡におけるチップ走査装置を提供することを目
的としている。
［問題点を解決するための手段１ そのため本発明は、トンネル電流が流れるチップを試料
面に平行なＸ及びＹ方向に移動させるための第１．第２
の圧電又は電歪索子を右した走査トンネル顕微鏡におけ
るチップ走査装置において、前記第１．第２の素子は積
層して配置されて４３す、該積層の方向に沿う電界を各
々該第１．第２の素子に生じせしめるＸ及びＹ走査用電
源が備えられており、該第１．第２の素子は厚み滑り効
果による前記電界とは垂直、な方向の歪を発生させて前
記デツプ先端の位置を各々前記Ｘ及びＹ方向に移動させ
ることを特徴としている。
［実８Ｉ例］ 以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
第１図は本発明の一実施例を示すための図であり、図中
８は電気絶縁性物質より成る支持部材である。支持部材
８は支柱７に設けられた案内溝７ａに沿って移動できる
ようになっており、そのＺ方向の位置を粗調整できるよ
うになっている。９゜１０は各々Ｘ及びＹ方向走査用の
第１．第２の圧電素子であり、これらはＶ４層して配置
されている。
１１．１２は圧電素子９を挟持するように配置された電
極板であり、１３．１４も圧電素子１０の同様の電極板
である。従って、前記対を成す電極板間に後述する電源
により電圧を印加することにＪこり、第１の圧電索子９
内には第２図（ａ）に示すような積層の方向に沿う電界
Ｅが生じる。同様に第２の圧電素子１０内にも積層の方
向に沿う電界が生じるように構成されている。電極板１
２゜１３間には電気絶縁性部材１５が配置されている。
１６はチップを７方向に移動させるための圧電素子であ
り、１７は電極板である。前記電極板１４と電極板１７
゛は圧電素子１６に電圧を印加するためのものとなる。
前記各圧電素子と隣接する電極板とはエポキシ系接着材
を用いて接着されており、電極板１１の支持部材８への
取り付けや、電極板と電気絶縁性部材１５との接合もエ
ポキシ系接着剤を用いて行なわれている。電極板１７に
はチップ保持体１８が固定されており、チップ保持体１
８にチップ１つが取り付けられている。前記圧電素子と
しては代表的な圧電性セラミックであるＰＺＴ　（Ｐｂ
　［Ｚｒ−’ｒ　ｉ　］０３　）が用いられている。特
に前記圧電素子９．１０としては厚みすべり効果により
萌配電界と垂直な方向に歪を生じるものが用いられてい
る。一方、圧電素子１６は印加された電界に沿う方向に
歪みを生ずるものが用いられている。２０は電気絶縁性
物質より成る試料支持部材であり、試料２１は部材２０
上に載置されている。２２．２３は各々Ｘ及びＹ走査用
の電圧を発生する走査電源であり、２４はチップ１９の
７方向の位置を制御するための電源である。
試お１２１を流れるトンネル電流は差動増幅器２５の一
方の入力端に送られている。２６は基準信号発生源であ
り、差動増幅器２５よりの誤差信号は前記電源２４に送
られており、前記トンネル電流を基準値に維持するよう
に帰還制御系が構成されている。又、図示していないが
、前記チップ１９と試料２１との間にはトンネル電流を
生じさせるだめの電圧が印加されている。
このような構成において、Ｘ走査用電源２２より電極板
１Ｌ１２間に電圧を印加して圧電素子９の両端間に電圧
を印加すると、圧電素子９内には第２図（ａ）に示すよ
うに電界Ｅが生じると共に、矢印Ｐで示す向きに分極が
生じ、圧電素子９は同図において点線で示すように厚み
すべり効果によって前記電界Ｅとは垂直な方向に歪む。
いま、第２図（ａ）に示すように、圧電素子９の厚さを
ｔ１幅を１．印加電圧をＶとすと、厚みずべり効果の大
きざは圧電歪定数（Ｎ５で表わされるから、前記変形に
伴う変位ΔＸは下式で与えられる。
Δｘ　＝６１５−　Ｖ　・を 従って■を時間と共に直線状に変化させることにより圧
電索子９のＸ方向への歪み楢を一定速度で増加させるこ
とができる。同様に圧電素子１０も電源２３より走査用
の電圧を印加することにより、Ｙ方向に歪ませることが
できる。チップ１９の先端の試料面に平行な方向の変位
は、圧電素子９によるＸ方向への変位と圧電素子１０に
よるＹ方向への変位を重畳したものであるため、チップ
１９を試料面に平行なＸ、Ｙ方向に走査することができ
る。
そこで、増幅器２５よりの誤差信号に基づいて電ｒＡ２
４より圧Ｎ素子１６に電圧を印加すれば、圧電素子１６
は第２図（ｂ）に示すように電界Ｅ′の方向に歪むため
、チップ１６と試料面との距離を微妙に制御することが
できる。
このような装置においては、圧電素子９．１０に歪みが
生じても、相互に応力を及ぼし合ったり干渉し合うこと
が無い。そのため、変位を大きくとっても従来のように
割れが生ずる恐れが無く、又、×走査に伴うＹ走査位置
の変化が生じないため、走査トンネル顕微鏡像に歪みが
生じることも無い。又、チューブ型と異なり、圧電素″
子の撓みを利用していないため、高周波数での素子の駆
動が可能であり、チップの高速走査を行なうことができ
る。
上述した実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明は
変形して実施することができる。
例えば、上述した実施例においては、圧電素子としてＰ
ＺＴを用いたが、厚みすべり効果成分のみを大きく取り
出し得る他の圧電又は電歪素子を用いることもできる。
又、上述した実施例においては、チップを７方向に移動
させる型の走査トンネル顕微鏡に本発明を適用したが、
チップはＸ、Ｙ方向にのみ移動し、試料を７方向に移動
させる型の走査トンネル顕微鏡のチップ走査装置にも本
発明は同様に適用できる。
更に又、第１１Ｍ２の圧電素子の間に７方向位置制御用
の圧電素子を挟んで第１．第２の圧電索子を積層するよ
うにしても良い。
［発明の効果］ 上述した説明から明らかなように、本発明に基づく装置
においては、Ｘ及びＹ方向走査用の第１゜第２の圧電又
は電歪素子を互いに積層して配置し、該積層の方向に沿
う電界を走査電源より第１．第２の素子内に生じさせた
際に、これら第１．第２の素子は厚み滑り効果による前
記電界とは垂直な方向の歪を発生させて前記チップ先端
の位置を各々前記Ｘ及びＹ方向に移動させるように構成
したため、本発明により、広い範囲を高速で走査できる
と共に、顕微鏡像に歪みを生じさせない走査を噌 行なうことのできる走査トンネル顕微鏡におけるチップ
走査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は圧
電素子に生じる歪みの方向を説明するための図、第３図
はキュービック型の従来装置を説明するための図、第４
図はチューブ型の従来装置を説明するための図である。 ７支柱　　　　　　　７ａ：案内溝 ８：支持部材 ９：Ｘ方向走査用圧電素子 １０：Ｙ方向走査用圧電素子 １１．１２．１３．１４．１７：電極板１５：電気絶縁
性部材 １６：７方向位置制御用圧電素子 ２０：試料支持部材　２１：試料 ２２：ｘ方向走査用電源 ２３：Ｙ方向走査用電源 ２４：Ｚ方向位貿制御用電源 ２５：差動増幅器　　２６：基準信号発生源出願人　　
日本電子株式会社　他１名 第２肥

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. トンネル電流が流れるチップを試料面に平行なＸ及びＹ
    方向に移動させるための第１、第２の圧電又は電歪素子
    を有した走査トンネル顕微鏡におけるチップ走査装置に
    おいて、前記第１、第２の素子は積層して配置されてお
    り、該積層の方向に沿う電界を各々該第１、第２の素子
    に生じせしめるＸ及びＹ走査用電源が備えられており、
    該第１、第２の素子は厚み滑り効果による前記電界とは
    垂直な方向の歪を発生させて前記チップ先端の位置を各
    々前記Ｘ及びＹ方向に移動させることを特徴とする走査
    トンネル顕微鏡におけるチップ走査装置。
JP62073757A 1987-03-27 1987-03-27 走査トンネル顕微鏡におけるチツプ走査装置 Pending JPS63238503A (ja)

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