JPS6355845A - プロ−ブ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプローブに関し、詳しくは、走査型トンネル顕
微鏡等トンネル効果を利用する精密機器にあってトンネ
ル電流検出用のユニット先端に装着されるプローブに関
する。

〔従来の技術〕

本来、上述の精密機器、例えば走査型トンネル顕微鏡や
走査型トンネルスペクトロメータ、超粗さ計等において
は、物質表面の形状観察や物性測定等のために導体間の
距離が数十オングストローム以下といった極めて小さい
値のときに、導体間に介在する絶縁物や真空の障壁を突
き抜けて電子の流れが得られるトンネル効果が利用され
るもので、そのときの電流の強さは上述の距離に対して
指数関数的に変化することが知られている。

しかしてこの場合、トンネル電流を検出するためのユニ
ットには鋭利な先端に形成されたプローブが装着される
が、このプローブ先端の尖鋭度、換言すれば先端部に形
成されるミクロ的な曲率半径のいかんがその分解能を大
きく左右し、尖鋭度が不足すると原子レベルでの観測に
支障をきたし、機器としての信頼性を著しく低下させる
。

従来、かかるプローブには白金やタングステンなどの導
電性材料が使用され、かかる素材を機械研磨、電界エツ
チングあるいはイオンスパッタエツチングなどの加工方
法で加工されてきたが、機械加工等ではその先端が滑ら
かに伸延された形態とならず折れ曲がり、結果的に得ら
れる先端部分の曲率半径がサブミクロン単位といった尖
鋭度の比較的低いものしか得られない。

また、イオンスパッタエツチング法によるものは、原理
的には原子レベルでの加工が可能であるが、実用上とな
ると、加工速度が遅く、そのために粗加工が必要で、先
端部分の曲率半径もおおむね小さく尖鋭なものが得られ
るものの未だ十分とはいえない。

更にまた、電界エツチング法によるものは、チップの先
端に向けて平滑に加工ができ、その先端形状も走査型電
子顕微鏡の分解能以下である数十オングストロームない
しは１００オングストロームの範囲にその曲率半径が形
成可能であるとされているが、実際に走査型電子顕微鏡
の分解能以下であると判定するのは難しく、現状は、走
査型トンネル顕微鏡により導体表面上を走査してみて、
そのトンネル電流を検出し、その面内分解能からチップ
先端の曲率に対し評価を下すしかなかった。

すなわち、上記のようにしてプローブの分解能評価が行
われているが、走査型トンネル顕微鏡の面内分解能とし
て確実に２〜３オングストロームが得られるだけの曲率
としたものが出現していないのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべく、簡単な構成で、しかもトンネル電流検
出ユニットの分解能を高めて走査型トンネル顕微鏡等ト
ンネル効果を利用した各種精密機器の性能向上に貢献す
ることのできるプローブを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、本発明は、チップの先端
に電極を設け、被検出体の表面に近接させてトンネル電
流検出のために使用されるプローブにおいて、結晶体ま
たはガラス状態の非結晶体を応力により複数の異なる方
向に破断させ、複数の破断面によって形成された尖鋭端
により電極を構成したことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明プローブにおいては、結晶体または非結晶体を臂
砕等によって破断し、その得られた破断面の先端によっ
てプローブが形成されているので、先端部のミクロ的曲
率半径をトンネル型顕微鏡として十分満足な分解能が得
られるまでに小さくすることができる。

〔実施例） 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、ここで、１はプロー
ブのチップであり、本例ではガラス等のように非結晶の
ガラス状態が得られる固体かあるいは水晶等の結晶体等
非導電性の素材からその２面ないし３面等何面かを臂砕
か破断することによってプローブ用のチップ１が得られ
るようにする。

すなわち、一般にガラス等の固体に外力を加え、その生
じる応力によって破断させると、破断面に沿った先端部
に原理的には原子レベルの曲率を有する尖鋭端が得られ
ることが知られており、例えば、ミクロトームと呼ばれ
ている顕微鏡用薄片切断器においては、ガラスの破断面
を利用した刃先が使用されている。しかしてこれによれ
ば５０オングストロ一ム程度の生体膜がスライス可能で
あり、従い、その刃先の曲率はそれ以下に対応したレベ
ルのものであると称されている。そこで、上述のように
して得られたチップ１の刃先においては同等の曲率を有
する尖鋭度が期待できる。

２は導電性材料で形成した支持釉であり、上述のように
して得られたチップ１はその刀先ＩＡとは反対側の後端
が支持軸２によって支持されるように接着され、更にそ
の接着部の周縁には導電ペイント等の導電性接続オ第３
が電気的導通を確実にするために添着されている。４は
支持軸２からチップ１の表面にかけて形成された導電帯
膜であり、蒸着若しくはスパッタリング等の薄膜技術に
より形成することができる。

なお、ここでの導電帯膜４は破断や臂砕等によって得ら
れたチップ先端の刃先ＩＡの曲率、換言するなら尖鋭度
が損われないように極力薄く形成され、かつ、導電性だ
けは十分に保持されるようにする。第２Ａ図および第２
Ｂ図はこのようにして得られた刃先ＩＡの詳細を示し、
ここで、１Ｂはチップ１の上述のようにして得られた破
断面、更にμＲはその刃先ＩＡにおける模式に示した曲
率半径である。

このようにして得らねたプローブにおいては、その刃先
ＩＡが十分小さい原子レベル寸法の曲率半径に保たれる
ことによって、そのトンネル電流検出用としての分解能
が著しく高められる。

なお、以上の説明では、チップを非導電性の材料で形成
する場合について述べたが、チップを同様な結晶体また
は非結晶体の導電性の材料から形成するようにしてもよ
い。この場合は導電性接続材や導電帯膜を形成する必要
がないのはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、結晶体また
はガラス状態の非結晶体を発生応力により複数の異なる
方向に破断させ、破断によって得られたチップの複数の
破断面により形成された尖鋭端を電極として使用するこ
とにより、尖鋭端におけるチップの曲率半径を極めて小
さく保つことが可能となり、トンネル効果を利用した顕
微鏡等の精密機器におけるトンネル電流検出ユニットと
しての分解能を従来に比して著しく高めることができ、
この種の機器の精度と信頼性の向上に貢猷することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明プローブの構成の一例を示す断面図、 第２Ａ図はそのチップ先端部を模式に示す斜視図、 第２Ｂ図は第２Ａ図に示すチップ先端部の刃先形状を拡
大して示す説明図である。 １・・・チップ、 ＩＡ・・・刃先、 １Ｂ・・・破断面、 ２・・・支持軸、 ３・・・導電性接続材、 ４・・・導電帯膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 チップの先端に電極を設け、被検出体の表面に近接させ
   てトンネル電流検出のために使用されるプローブにおい
   て、 結晶体またはガラス状態の非結晶体を応力により複数の
   異なる方向に破断させ、前記複数の破断面によって形成
   された尖鋭端により前記電極を構成したことを特徴とす
   るプローブ。