KR20120043234A - 주사탐침 현미경 - Google Patents

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KR20120043234A
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정문석
박경덕
이승걸
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광주과학기술원
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    • B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures

Abstract

주사탐침과 시료 표면 사이의 정밀한 간격 제어가 가능하도록 구조를 개선한 주사탐침 현미경이 개시된다. 본 발명의 주사탐침 현미경은, 측정대상인 시료가 놓여지는 받침 구조를 가지며, 진동을 발생하는 시료받침부와, 상기 시료받침부에 부착되지 않고 독립되게 구성되며 상기 시료받침부에 올려져 상기 시료받침부에 의해 진동하는 상기 시료의 표면을 주사하는 주사탐침부를 포함할 수 있다.

Description

주사탐침 현미경{SCANNING PROBE MICROSCOPY}
본 발명은 주사탐침 현미경에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정대상인 시료의 표면 형상을 측정하며, 경우에 따라서는 광학적 특성도 동시에 측정하는 주사탐침 현미경에 관한 것이다.
주사탐침 현미경은 끝이 뾰족한 탐침을 관측하고자 하는 시료의 표면 위에서 전후 좌우로 이동하면서 시료 표면의 높낮이를 측정하는 장치이다. 일반적인 광학 현미경은 원거리장(Far-field)의 측정을 기반으로 하기 때문에 빛의 회절 현상이 나타나서 200nm 정도의 분해능 한계를 가지는 반면, 주사탐침 현미경은 수십 나노미터 정도의 검침단을 갖는 주사탐침을 이용하여 시료의 표면 형상을 측정하므로 광학 현미경의 분해능 한계를 극복할 수 있다.
근접장 주사 광학 현미경(Near-field scanning optical microscope; NSOM)은 주사탐침 현미경의 한 종류로서, 끝이 뾰족한 긴 탐침에 100nm 이하의 매우 작은 구멍을 뚫어 관측하고자 하는 시료의 표면 위에서 전후 좌우로 이동하면서 시료 표면의 높낮이와 광학적 특성을 동시에 측정하는 장치이다.
도 1 및 2는 종래의 진동 주사탐침을 나타내는 개략적인 도면으로, 도면을 참조하면, 종래의 진동 주사탐침은 진폭과 위상의 변화를 검출할 수 있는 검출회로(미도시)가 장착된 소리굽쇠(Tuning fork)(1)와, 접착제(5)에 의해 진동 소리굽쇠(1)에 부착되고 일단부의 단면크기가 수 마이크론 혹은 그 이하인 검침단(3a)을 가진 주사탐침(3)으로 구성되어, 주사탐침(3)과 시료(미도시) 표면 사이에 작용되는 전단력(Shear force) 변화를 감지하여 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 간격을 제어하게 된다.
한편, 상기와 같이 구성되는 종래의 진동 주사탐침의 간격 제어 방법을 살펴보면, 먼저 주사탐침(3)이 부착되어 있는 소리굽쇠(1)에 소정의 주파수를 가진 교류 전압을 인가하여 소리굽쇠(1) 및 주사탐침(3)을 진동시킨다. 다음으로 주사탐침(3)을 시료 표면에 근접시켜 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 전단력에 의해 주사탐침(3)의 진동이 감소하면, 이에 따라 감소하는 소리굽쇠(1)의 진동을 검출회로에서 진폭과 위상의 변화를 검출하여 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 간격을 제어한다.
여기서, 소리굽쇠(1)에 인가하는 교류 전압의 주파수를 변화시키면서 소리굽쇠(1)의 출력 전압을 조사하면, 소리굽쇠(1)의 공진주파수에서 가장 높은 출력 전압을 기록하며, 공진주파수와 인가하는 교류 전압 주파수와의 편차가 클수록 출력 전압이 감소한다. 이때, 공진주파수를 주파수 응답 곡선의 반치 폭으로 나눈 값을 Q 값으로 정의하며, 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 거리 제어는 소리굽쇠(1)의 Q 값에 의해 그 정밀도가 결정된다. 이것은, 주사탐침(3)이 시료 표면에 20nm 이하로 접근하면 전단력이 감지되어 소리굽쇠(1)의 물리적 특성이 변화하게 되고 주파수 응답 곡선이 왼쪽 혹은 오른 쪽으로 이동하게 되는데 이때, 소리굽쇠(1)에 가하는 교류 전압은 전단력이 감지되지 않는 상태, 즉 전단력에 의해 물리적 특성이 변하기 이전의 소리굽쇠(1)의 공진주파수를 인가하고 있으므로, 주파수 응답 곡선이 왼쪽 혹은 오른쪽으로 이동함에 따라 소리굽쇠(1)의 출력 전압은 감소한다. 이를 주사탐침(3)과 시료 표면 사이 거리 제어의 정밀도 관점에서 보면, Q 값이 큰 소리굽쇠(1)와 Q 값이 작은 소리굽쇠(1)에 대하여, 동일한 크기의 전단력이 주사탐침(3)에 작용하여 소리굽쇠(1)의 공진주파수가 동일한 수치로 횡 이동 되었을 때, Q 값이 큰 소리굽쇠(1)는 출력 전압의 변화가 크고, Q 값이 작은 소리굽쇠(1)는 출력 전압의 변화가 작다.
즉, 소리굽쇠(1)의 Q 값이 클수록 전단력을 더 민감하게 감지할 수 있는 것이고, 이는 주사탐침 현미경에서 전단력을 더 민감하게 감지할 수 있다는 것은 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 거리를 더 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
그러나, 종래의 진동 주사탐침에서 소리굽쇠(1)에 주사탐침(3)을 부착하면 Q 값이 약 1/20 이하로 감소한다. 그 이유는 소리굽쇠(1)의 두 다리(갈래)의 질량에 불균형이 생기고, 소리굽쇠(1)에 가해지는 저항력이 커지며, 소리굽쇠(1)와 주사탐침(3)의 고유진동수가 달라 소리굽쇠(1)의 진동에 필요한 에너지 손실이 발생하기 때문이다. 특히, 근접장 주사 광학 현미경에서는 길이가 긴 주사탐침(3)을 사용하기 때문에 Q 값의 감소가 심하며, 이는 주사탐침(3)과 시료 표면 사이의 정밀한 간격 제어에 심각한 문제가 발생한다. 이 때문에 높은 분해능의 측정을 요구하는 나노 크기 시료나 주사탐침과 시료 표면 사이의 간격 제어에서 높은 민감도를 요구하는 하는 물렁물렁한 시료를 고 분해능으로 측정하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주사탐침과 시료 표면 사이의 정밀한 간격 제어가 가능하도록 구조를 개선한 주사탐침 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경은, 측정대상인 시료가 놓여지는 받침 구조를 가지며, 진동을 발생하는 시료받침부와, 상기 시료받침부에 부착되지 않고 독립되게 구성되며 상기 시료받침부에 올려져 상기 시료받침부에 의해 진동하는 상기 시료의 표면을 주사하는 주사탐침부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경은, 상기 주사탐침부가 상기 시료에 근접할 때 상기 시료받침부의 진동에 의해 발생하는 전단력을 감지하여 상기 주사탐침부와 상기 시료의 표면 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 100 Hz ~ 200 MHz의 고유진동수로 진동하는 소리굽쇠(tuning fork)인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 100 Hz ~ 200 MHz의 고유진동수로 진동하는 수정진동자인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 100 Hz ~ 200 MHz의 고유진동수로 진동하는 압전소자(PZT)인 것을 특징으로 한다.
상기 주사탐침부의 주사방향은 상기 시료받침부의 진동방향과 평행하거나 수직한 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주사탐침 현미경에 따르면, 소리굽쇠를 주사탐침에 부착하지 않고 시료 받침(sample stage)으로 사용하기 때문에 기존의 주사탐침 현미경보다 월등히 높은 소리굽쇠의 Q 값을 갖게 된다. 그 결과 소리굽쇠의 매우 높은 Q 값을 주사탐침과 시료의 표면 사이의 간격 제어에 그대로 활용할 수 있어 수직 분해능이 매우 우수하고, 높은 정밀도 갖는 주사탐침 현미경 측정이 가능하다.
또한, 본 발명은 소리굽쇠를 주사탐침에 부착할 필요가 없기 때문에 주사탐침 현미경의 구성이 간단하며, 주사탐침 현미경 측정에 있어 실험자의 숙련된 기술을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 나노사이즈의 시료처럼 높은 수직 분해능을 요구하는 시료나 물렁물렁한 시료처럼 주사탐침과 시료간 전단력 감지에 높은 민감도가 요구되는 시료를 측정하는데 활용될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 2는 종래의 진동 주사탐침을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부와 시료 표면의 접근 거리에 따른 소리굽쇠의 출력전압을 소리굽쇠의 다리 끝부분, 중간부분, 다리 시작부분에서 각각 측정한 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부의 주사방향이 소리굽쇠의 진동방향과 수직한 경우를 나타낸 도면,
도 6은 진동하는 소리굽쇠에 측정대상으로서 나노 크기 금 소자들을 올리고, 측면에서 405 nm 파장의 레이저로 조명한 후, 도 5에 도시된 주사방향으로 주사탐침부를 3 x 3 um2의 영역과 30 nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부로 측정한 이미지,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부의 주사방향이 소리굽쇠의 진동방향과 평행한 경우를 나타낸 도면,
도 8은 진동하는 소리굽쇠에 측정대상으로서 나노 크기 금 소자들을 올리고, 측면에서 405 nm 파장의 레이저로 조명한 후, 도 7에 도시된 주사방향으로 주사탐침부를 도 6과 동일한 영역을 30 nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부로 측정한 이미지,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 도시한 개략도, 그리고,
도 10은 도 9에 도시된 진동하지 않는 소리굽쇠에 측정대상으로서 나노 크기 금 소자들을 올리고, 측면에서 405 nm 파장의 레이저로 조명한 후, 도 9에 도시된 주사탐침 현미경으로 도 6과 동일한 영역을 30 nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부로 측정한 이미지이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 주사탐침 현미경은 근접장 주사 광학 현미경(Near-field scanning optical microscope; NSOM)을 일 예로 들 수 있다. 상기 NSOM은 공지된 기술로 이해 가능하므로 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 관련이 없는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 주사탐침 현미경을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 도시한 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경은 시료받침부(10) 및 주사탐침부(20) 등으로 구성될 수 있다.
시료받침부(10)는 측정대상인 시료(Sample; S)가 놓여지도록 수평 받침 구조를 가지며, 본 발명에서는 소리굽쇠(tuning fork)(이하, 참조부호 10으로 표시함)를 시료받침부(10)로 사용한다. 소리굽쇠(10)는 'ㄷ'자 형상으로 두 갈래(prong)로 된 좁은 쇠막대로 특정 주파수(진동수)의 음만을 내도록 고안된 소리기구이다. 상기 소리굽쇠(10)는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
소리굽쇠(10)는 교류전압발생부(미도시)로부터 교류전압을 인가받아 100 Hz ~ 200 MHz의 고유진동수로 진동하여 소리굽쇠(10)에 올려진 시료(S)를 진동시킨다. 여기서, 소리굽쇠(10)에 소정의 주파수를 가진 교류전압이 인가되면 소리굽쇠(10)는 소리굽쇠(10)의 두 갈래가 좁히고 벌림을 반복하는 형태로 횡방향 진동(도 3의 화살표 방향)을 하게 된다. 또한, 소리굽쇠(10) 진동의 진폭과 위상의 변화를 검출할 수 있는 검출회로(미도시)가 소리굽쇠(10)에 장착된다.
본 발명에서는 소리굽쇠를 시료받침부(10)로 사용하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 시료받침부(10)는 교류전압을 인가받아 100 Hz ~ 200 MHz의 고유진동수로 진동하는 수정진동자 또는 압전소자(PZT)를 사용할 수 있다. 상기 수정진동자 및 압전소자는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
주사탐침부(20)는 소리굽쇠(10)에 부착되지 않고 분리되어 독립되게 구성된다. 즉, 종래에는 주사탐침(3, 도 1 및 2 참조)이 진동하는 소리굽쇠(1, 도 1 및 2 참조)에 부착되는 구성인 반면에 본 발명에서는 주사탐침부(20)가 진동 소리굽쇠(10)에 부착되지 않고 독립된 구성요소로 시료받침으로 사용되는 소리굽쇠(10)에 올려지게 된다.
주사탐침부(20)는 소리굽쇠(10)에 올려져 전후 좌우로 이동하면서 소리굽쇠에 의해 진동하는 시료의 표면을 주사(scanning)하는 역할을 한다. 주사탐침부(20)는 일단부의 단면크기가 수 마이크론 혹은 그 이하인 검침단(21)을 가진 주사탐침으로 구성되며 광섬유로 제작될 수 있다. 상기 주사탐침부(20)는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 주사탐침 현미경은 소리굽쇠(10)를 주사탐침부(20)에 부착하지 않고 진동 시료받침으로 사용하는 새로운 방식의 NSOM시스템으로서, 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 간의 정밀한 간격 제어를 위해 소리굽쇠(10)의 공진을 활용한다. 소리굽쇠(10) 위에 올려진 시료(S)는 소리굽쇠(10)와 동일한 공진주파수로 진동하며 주사탐침부(20)가 약 20nm 이내의 간격으로 시료에 접근했을 때 변화한 공진주파수를 검출회로에서 감지하여 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 사이의 간격을 제어한다. 여기서, 상기 전단력은 주사탐침부(20)가 시료(S) 표면에 20nm 이하로 접근하였을 때 주사탐침부(20)의 검침단(21)과 시료(S)의 표면 사이에 발생하는 반데르 발스 힘(Van der Waals' force)을 의미한다.
본 발명에서 전단력을 감지하는 두 부분은 주사탐침부(20)의 검침단(21)과 시료(S)의 표면으로 기존의 NSOM과 동일하지만, 본 발명은 소리굽쇠(10)를 주사탐침부(20)에 부착하지 않고 시료 받침(sample stage)으로 사용하기 때문에 도 1 및 2에 도시된 기존의 NSOM과 비교하여 월등히 높은 소리굽쇠(10)의 Q 값을 갖는다. 그 결과 소리굽쇠(10)의 Q 값이 매우 높은 소리굽쇠(10)의 공진 특성(Q factor: ~1000)을 전단력 감지에 그대로 활용할 수 있으므로 수직 분해능을 높일 수 있어 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 사이의 정밀한 간격 제어가 가능하다. 여기서, 소리굽쇠(10)의 공진주파수를 주파수 응답 곡선의 반치 폭으로 나눈 값을 Q 값으로 정의하며, 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 사이의 간격 제어는 소리굽쇠(10)의 Q 값에 의해 그 정밀도가 결정된다. 이때, 소리굽쇠(10)의 Q 값이 클수록 전단력을 더 민감하게 감지할 수 있는 것이고, 이는 주사탐침 현미경에서 전단력을 더 민감하게 감지할 수 있다는 것은 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 사이의 간격을 더 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명은 소리굽쇠(10)를 주사탐침부(20)에 부착할 필요가 없기 때문에 기존의 NSOM과 비교하여 구성이 간단하며, NSOM 측정에 있어 실험자의 숙련된 기술을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 높은 분해능이 요구되는 나노 사이즈의 시료나 바이오 시료와 같이 주사탐침부(20)와 시료(S) 표면 사이에 높은 민감도가 요구되는 물렁물렁한 시료를 측정하는 분야에서 광범위하게 활용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부와 시료 표면의 접근 간격에 따른 소리굽쇠의 출력전압을 소리굽쇠의 다리 끝부분, 중간부분, 다리 시작부분에서 각각 측정한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부(20)와 소리굽쇠(10)가 느끼는 전단력의 민감도를 확인하기 위해 소리굽쇠(10)에 주사탐침부(20)를 근접시키면서 소리굽쇠(10)의 출력 전압 변화를 관찰하였다. 소리굽쇠(10)는 소리굽쇠(10)의 두 갈래(prong)가 좁히고 벌림을 반복하는 형태로 진동을 하기 때문에 prong의 위치 별로 진동폭이 다를 것이라고 생각하였다. 따라서, 소리굽쇠(10)의 다리 끝부분(end of prong), 중간부분(mid of prong), 다리 시작부분(base of prong)에 근접한 부분의 세 위치에서 각각 approach curve를 측정하였으며, 그 실험 결과는 도 4에 나타낸 그래프와 같다. 도 4의 그래프를 통해, 본 발명의 주사탐침 현미경을 이용한 NSOM 측정 시에는 시료(S)가 소리굽쇠(10)의 다리 끝부분에 위치할 때 전단응력에 대해 가장 민감하게 반응하는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경의 성능을 확인하기 위하여 도 5 내지 8과 같은 실험을 하였다.
실험에 앞서, 소리굽쇠(10)의 표면에 존재하는 불순물을 제거하기 위하여 초음파분쇄기(ultrasonicator)를 이용하여 대략 30분 정도 소리굽쇠(10)를 세척하였다. 세척 후에 광학 현미경으로 소리굽쇠(10)의 세척된 표면 상태를 확인하고 시료(S)를 올렸다. 시료(S)는 시드 매개 성장 방법(seed-mediated growth method)으로 합성한 골드 나노로드(gold nanorods)를 사용하였다. 합성한 골드 나노로드는 용액 상태로 존재하기 때문에 피펫(pipette) 등을 이용하여 소리굽쇠(S)의 다리 끝부분(end of prong)에 떨어뜨리고 액체 성분이 완전히 증발될 때까지 기다렸다. 제작된 골드 나노로드의 크기는 10nm 정도의 폭과 30nm 정도의 길이이므로 100nm의 조리개(aperture)를 갖는 광섬유 탐침(optical fiber probe)으로는 정확하게 이미징할 수 없기 때문에 흩뿌려진 골드 나노로드의 분포를 이미징하는 것을 목적으로 하였다. 또한, 골드 나노로드를 산란시키기 위해 405nm 파장의 레이저를 측면에서 조명하였고, 금속 코팅된 100nm의 조리개를 갖는 광섬유 탐침을 시료(S)에 근접시켜 산란된 빛을 수집하며 주사하도록 하였다. 수집된 빛의 세기는 광전 증배관(photomultiplier tube)를 이용하여 전압으로 변환하여 NSOM 프로그램에 저장하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 주사탐침부의 주사방향이 소리굽쇠의 진동방향과 수직한 경우를 나타낸 도면이고, 도 6은 진동하는 소리굽쇠에 측정대상으로서 나노 크기 금 소자들을 올리고, 측면에서 405nm 파장의 레이저로 조명한 후, 도 5에 도시된 주사방향으로 주사탐침부를 3 x 3um2의 영역과 30nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부로 측정한 이미지이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 이용하여 측정한 NSOM 이미징 결과는 도 6 및 8과 같다.
도 6은 진동하는 소리굽쇠(10)에 측정대상(시료)으로서 나노 크기의 금 소자들을 올리고, 측면에서 405nm 파장의 레이저로 조명한 후, 도 5에 도시된 바와 같이 소리굽쇠(10)의 진동방향과 수직한 주사방향으로 주사탐침부(20)를 3 x 3um2의 영역과 30nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부(20)로 측정한 NSOM 이미징 결과이고, 도 8은 도 7에 도시된 바와 같이 소리굽쇠(10)의 진동방향과 평행한 주사방향으로 주사탐침부(20)를 3 x 3 um2의 영역과 30nm의 단위 이동 스텝으로 주사하며 나노 크기 금 소자들로부터 산란된 빛의 세기를 주사탐침부(20)로 측정한 NSOM 이미징 결과이다.
도 6 및 8에서 두 결과의 분해능이 동등하게 측정된 것을 통해 소리굽쇠(10)의 진동방향과 주사탐침부(20)의 주사방향에 관계 없이 NSOM 이미징이 가능함을 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 도시한 개략도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경은 시료받침부(10), 주사탐침부(20) 및 진동발생부(30) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 진동하는 소리굽쇠를 시료 받침으로 사용하는 상기 일 실시예와 달리 진동하지 않는 제 1 소리굽쇠(tuning fork)(10, 이하 참조부호 10이라 표시함)를 시료받침부(10)로 사용한다.
주사탐침부(20)는 제 1 소리굽쇠(10)에 부착되지 않고 분리되어 독립되게 구성되어 시료받침으로 사용되는 제 1 소리굽쇠(10)에 올려지게 된다. 여기서 사용된 주사탐침부(20)는 도 1 내지 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 사용된 주사탐침부와 동일하다.
진동발생부(30)는 주사탐침부(20)가 접착제(미도시) 등에 의해 부착되며, 주사탐침부(20)에 진동을 발생한다. 진동발생부(30)는 수평방향으로 배치되는 제 1 소리굽쇠(10)에 대하여 수직방향으로 배치되고 교류발생부(미도시)로부터 교류전압을 인가받아 진동하는 제 2 소리굽쇠(30, 이하 참조부호 30이라 표시함)이다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경은 진동하지 않는 소리굽쇠(10)를 시료 받침으로 사용하고 도 1 및 2에 도시된 종래의 주사탐침 현미경으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경을 이용하여 측정한 NSOM 이미징 결과는 도 10과 같다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경에서 시료(S)가 올라간 제 1 소리굽쇠(10)를 진동하지 않고 500정도의 Q값을 갖는 종래의 제 2 소리굽쇠(30) 및 주사탐침부(20)를 이용하여 도 6 및 8과 동일한 영역을 측정한 NSOM 이미징 결과이다.
도 10에 나타난 이미징 측정 결과를 통해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 주사탐침 현미경은 도 6 및 8에 비하여 분해능이 다소 떨어짐을 확인할 수 있으며, 이것은 본 발명의 일 실시예의 소리굽쇠의 Q 값보다 낮은 Q 값으로 인해 기인한 결과로 생각된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 시료받침부(소리굽쇠) 20 : 주사탐침부
30 : 진동발생부(소리굽쇠)

Claims (6)

  1. 주사탐침 현미경에 있어서,
    측정대상인 시료가 놓여지는 받침 구조를 가지며, 진동을 발생하는 시료받침부; 및
    상기 시료받침부에 부착되지 않고 독립되게 구성되며, 상기 시료받침부에 올려져 상기 시료받침부에 의해 진동하는 상기 시료의 표면을 주사하는 주사탐침부를 포함하는 주사탐침 현미경.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주사탐침부가 상기 시료에 근접할 때 상기 시료받침부의 진동에 의해 발생하는 전단력을 감지하여 상기 주사탐침부와 상기 시료의 표면 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 하는 주사탐침 현미경.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 진동하는 소리굽쇠(tuning fork)인 것을 특징으로 하는 주사탐침 현미경.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 진동하는 수정진동자인 것을 특징으로 하는 주사탐침 현미경.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시료받침부는 교류전압을 인가받아 진동하는 압전소자(PZT)인 것을 특징으로 하는 주사탐침 현미경.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 주사탐침부의 주사방향은 상기 시료받침부의 진동방향과 평행하거나 수직한 것을 특징으로 하는 주사탐침 현미경.
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