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Info
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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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- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 14
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
- G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2818—Scanning tunnelling microscopes
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
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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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073757A JPS63238503A (ja) | 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 |
GB8807163A GB2205680B (en) | 1987-03-27 | 1988-03-25 | Scanning device for a scanning tunneling microscope |
US07/173,066 US4894538A (en) | 1987-03-27 | 1988-03-25 | Scanning device for scanning tunneling microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073757A JPS63238503A (ja) | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63238503A true JPS63238503A (ja) | 1988-10-04 |
Family
ID=13527428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62073757A Pending JPS63238503A (ja) | 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 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4894538A (ja) |
JP (1) | JPS63238503A (ja) |
GB (1) | GB2205680B (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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