JP2000292337A - 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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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
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- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
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- G—PHYSICS
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- G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
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Abstract
きる走査トンネル顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡を実
現する。 【解決手段】 第1と第2の探針8,10を用いて試料
1の所定領域を走査するようにしたので、同じ領域の走
査時間を、探針が1本の従来装置に比べて半分とするこ
とができる。また、従来と同じ走査時間では、2倍の走
査領域の像信号を取得することができる。
Description
縮することができる走査型トンネル顕微鏡などの走査型
プローブ顕微鏡に関する。
ネル顕微鏡(STM)や原子間力顕微鏡(AFM)など
が含まれており、これらは探針を利用したプローブ顕微
鏡である。この顕微鏡では、探針を被観察試料の表面に
数ナノメータ以下の距離に近接させ、この状態で探針と
試料とを相対的に走査し、この走査に基づいて試料表面
の原子レベルの凹凸像を得るようにしている。
として使用する物理量によって種々の観察手段が得られ
るものである。例えば、探針と試料間に電圧を印加して
得られるトンネル電流を計測するものが走査トンネル顕
微鏡であり、探針と試料の間の働く原子間力を計測する
ものが原子間力顕微鏡である。
を計測する磁気力顕微鏡(MFM)や、細い光学ガラス
にレーザー光などを導入してその先端から漏れるエバネ
セント光を利用して光学的に観察する近接場光学顕微鏡
(SNOM)なども走査型プロープ顕微鏡のファミリー
装置として注目を浴びている。
顕微鏡においては、探針と試料との間にバイアス電圧を
印加し、トンネル電流を測定している。そして、探針と
試料とを相対的に走査することでトンネル電流が変化す
るが、このトンネル電流が一定となるように探針のZ方
向位置を変化させるようにしている。このZ方向の位置
変化信号を像信号として用いている。
向のフィードバック制御の応答速度に限界があり、探針
と試料との相対的なX−Y方向の速度を速めることがで
きない。このため、広い領域の試料像を得るためには長
い時間が必要となる。
もので、その目的は、広い領域の像を比較的短時間に得
ることができる走査トンネル顕微鏡等の走査型プローブ
顕微鏡を実現するにある。
型プローブ顕微鏡は、試料と探針とを相対的に走査し、
試料表面の像を得るようにした走査型プローブ顕微鏡に
おいて、探針を複数設け、それぞれの探針に対してZ方
向の駆動機構を設け、各Z方向の駆動機構は共通のX−
Y駆動機構に取り付けられていることを特徴としてい
る。
するように構成したので、走査時間を短縮でき、また、
走査範囲を広くすることができる。第2の発明に基づく
走査型プローブ顕微鏡は、第1の発明において、複数の
探針の相対的な位置を調整する機構を備えるように構成
したので、請求項1の発明と同様な効果が得られると共
に、走査範囲に応じて複数の探針の相対的な位置を正確
に調整することができる。
施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に基づく走査
トンネル顕微鏡を示しており、1は試料である。試料1
に接近してスキャナ2が配置されているが、スキャナ2
はX駆動機構3、X駆動機構3に取り付けられたY駆動
機構4、Y駆動機構4に固定された第1のZ駆動機構5
と第2のZ駆動機構6とより構成されている。第1のZ
駆動機構5には補助X駆動機構7を介して第1の探針8
が取り付けられ、第2のZ駆動機構6には補助Y駆動機
構9を介して第2の探針10が取り付けられている。
のZ駆動機構5,6、更には補助X駆動機構7、補助Y
駆動機構9は、それぞれピエゾ素子を用いて精密なX,
Y,Z方向の駆動が可能なように構成されている。X駆
動機構3とY駆動機構4は、X−Y走査制御回路11か
らの信号により駆動される。
からの信号により駆動される。第2のZ駆動機構6はZ
駆動制御回路13からの信号により駆動される。補助X
駆動機構7と補助Y駆動機構9には、探針位置合わせ制
御回路14からの信号により駆動される。試料1と第1
および第2の探針8,10との間には、バイアス電源1
5からバイアス電圧が印加されている。
幅器16を介して第1のフィードバック回路17に供給
される。第2の探針10に流れるトンネル電流は、増幅
器18を介して第1のフィードバック回路19に供給さ
れる。なお、第1のフィードバック回路17は第1のZ
駆動制御回路12に制御信号を送り、第2のフィードバ
ック回路19は第2のZ駆動制御回路13に制御信号を
送る。
と第2のフィードバック回路19からの信号はコンピュ
ータ20に供給される。コンピュータ20はX−Y走査
制御回路11と、探針位置合わせ制御回路14と、バイ
アス電源15を制御している。更に、コンピュータ20
はフィードバック回路17,19からの信号に基づいた
像信号を表示装置21に供給する。このような構成の動
作を次に説明する。
バイアス電源15から試料1にバイアス電圧が印加され
る。この状態で、図示していない粗動の駆動機構により
スキャナ2を試料に近付け、探針8,10にトンネル電
流が流れるまでスキャナ2を試料に接近させる。
号によりX駆動機構3とY駆動機構4を駆動すると、第
1の探針8と第2の探針10は試料1に対してX−Y方
向に2次元的に走査される。図2はこの走査の様子を示
しており、試料1の特定領域Aに対して、第1の探針8
は実線S1で示すように特定領域Aの左半分を走査す
る。一方、第2の探針10は点線S2で示すように特定
領域Aの右半分を走査する。
トンネル電流は検出され、増幅器16を介して第1のフ
ィードバック回路17に供給される。このトンネル電流
は、試料1表面の凹凸により変化するが、フィードバッ
ク回路17は第1の探針8に流れるトンネル電流が一定
となるように第1のZ駆動機構5を制御する。この結
果、第1の探針8のZ方向位置は試料表面の凹凸の状態
によって変化することになる。この第1の探針8のZ方
向位置に対応した信号は第1のフィードバック回路17
からコンピュータ20に供給される。
探針10に流れるトンネル電流は検出され、増幅器18
を介して第2のフィードバック回路19に供給される。
このトンネル電流は、試料1表面の凹凸により変化する
が、フィードバック回路19は第2の探針10に流れる
トンネル電流が一定となるように第2のZ駆動機構6を
制御する。この結果、第2の探針10のZ方向位置は試
料表面の凹凸の状態によって変化することになる。この
第2の探針10のZ方向位置に対応した信号は第2のフ
ィードバック回路19からコンピュータ20に供給され
る。
向位置変化信号と第2の探針10のZ方向位置変化信号
とを試料表面の凹凸に対応した像信号として表示装置2
1に供給する。この結果、表示装置21には、試料1の
凹凸像が表示されることになる。
と第2の探針を用いて試料の所定領域を走査するように
したので、同じ領域の走査時間を、探針が1本の従来装
置に比べて半分とすることができる。また、従来と同じ
走査時間では、2倍の走査領域の像信号を取得すること
ができる。
探針8と第2の探針10の相対的な位置の調整を行うこ
とは重要である。そのため、第1の探針8は補助X駆動
機構7に取り付けられており、第2の探針10は補助Y
駆動機構9に取り付けられている。
て第1の探針8をX方向に駆動し、補助Y駆動機構9を
用いて第2の探針10をY方向に駆動すれば、第1の探
針8と第2の探針10とのX−Y方向の間隔を任意に調
整することができる。なお、探針間の調整のため、例え
ば、一方の探針を固定とし、他方の探針をX−Y駆動機
構により位置調整可能に構成しても良い。
のものとしたが、円筒状のスキャナを用いることもでき
る。図3は本発明に用いる円筒型のスキャナ25の一例
を示している。図において26は円筒圧電体であり、円
筒圧電体26には一対のX方向駆動用の電極27.28
が貼り付けられている。また、円筒圧電体26には一対
のY方向駆動用の電極29が貼り付けられている。Y方
向駆動用の他方の電極は、電極29の反対側に貼り付け
られており、図には示されていない。
き30が設けられている。この切り欠き30の対称部分
にも切り欠きが設けられているが、それは図示されてい
ない。この切り欠きによって分離された半円筒圧電体の
一方31には、第1のZ方向駆動用電極32が貼り付け
られており、半円筒圧電体の他方33には第2のZ方向
駆動用電極34が貼り付けられている。
5、探針ホルダ36を介して第1の探針37が取り付け
られている。第1の探針37はネジ38によって固定さ
れているが、押さえ板39により探針が少し内側に向く
ように位置合わせがされている。また、半円筒圧電体の
他方33にはY駆動機構40、探針ホルダ41を介して
第2の探針42が取り付けられている。第1の探針42
はネジ43によって固定されているが、押さえ板44に
より探針が少し内側に向くように位置合わせがされてい
る。
は、X方向駆動用電極27,28に駆動用電圧を印加す
ることにより、円筒圧電体26はX方向に傾斜し、第1
の探針37と第2の探針42はX方向に走査される。ま
た、Y方向駆動用電極29に駆動用電圧を印加すること
により、円筒圧電体26はY方向に傾斜し、第1の探針
37と第2の探針42はY方向に走査される。
出され、このトンネル電流が一定となるように第1のZ
方向駆動用の電極32に電圧が印加される。この結果、
半円筒圧電体の一方31は独立してZ方向に駆動され
る。また、第2の探針42に流れるトンネル電流は検出
され、このトンネル電流が一定となるように第2のZ方
向駆動用の電極34に電圧が印加される。この結果、半
円筒圧電体の他方33は独立してZ方向に駆動される。
発明はこの形態に限定されない。例えば、探針の数を2
本としたが、3本以上であっても良い。
複数の探針を設け、この複数の探針を同時に走査するよ
うに構成したので、走査時間を短縮でき、また、走査範
囲を広くすることができる。
は、第1の発明において、複数の探針の相対的な位置を
調整する機構を備えるように構成したので、第1の発明
と同様な効果が得られると共に、走査範囲に応じて複数
の探針の相対的な位置を正確に調整することができる。
す図である。
一例を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 試料と探針とを相対的に走査し、試料表
面の像を得るようにした走査型プローブ顕微鏡におい
て、探針を複数設け、それぞれの探針に対してZ方向の
駆動機構を設け、各Z方向の駆動機構は共通のX−Y駆
動機構に取り付けられていることを特徴とする走査型プ
ローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 複数の探針の相対的な位置を調整する機
構を備えた請求項1記載の走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09590999A JP3784570B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09590999A JP3784570B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292337A true JP2000292337A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3784570B2 JP3784570B2 (ja) | 2006-06-14 |
Family
ID=14150431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09590999A Expired - Fee Related JP3784570B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3784570B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011107157A (ja) * | 2001-08-27 | 2011-06-02 | Nanonics Imaging Ltd | 遠方領域の光学顕微鏡の透明インタフェイスを備えた複数プレートのチップまたはサンプルをスキャンする再現可能なスキャンプローブ顕微鏡 |
-
1999
- 1999-04-02 JP JP09590999A patent/JP3784570B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011107157A (ja) * | 2001-08-27 | 2011-06-02 | Nanonics Imaging Ltd | 遠方領域の光学顕微鏡の透明インタフェイスを備えた複数プレートのチップまたはサンプルをスキャンする再現可能なスキャンプローブ顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3784570B2 (ja) | 2006-06-14 |
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