JPH01127901A - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH01127901A JPH01127901A JP62285834A JP28583487A JPH01127901A JP H01127901 A JPH01127901 A JP H01127901A JP 62285834 A JP62285834 A JP 62285834A JP 28583487 A JP28583487 A JP 28583487A JP H01127901 A JPH01127901 A JP H01127901A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- unit
- piezoelectric element
- probe
- scanning
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧電素子の印加電圧を制御することによって
試料面に探針を近づけて走査し）・ンネル電流を検出す
る走査トンネル顕微鏡に関する。
試料面に探針を近づけて走査し）・ンネル電流を検出す
る走査トンネル顕微鏡に関する。
一般に、探針先端の原子と試ネ４の原子の電子雲とが重
なり合うｌｎｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態
で探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。こ
の電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が数ｍＶ〜数■の
とき、１〜１０ｎＡ程度になる。このトンネル電流の大
きさは、試料と探針との間の距離により変化するので、
トンネル電流の大きさを測定することにより試料と探針
との間の距離を超精密測定することができる。従って、
探針位置が既知であれば試料の表面形状を求めることが
できる。またトンネル電流が一定になるように探針位置
を制御すれば探針位置軌跡により同様に試料の表面形状
を観察することができる。
なり合うｌｎｍ程度まで探針を試料に近づけ、この状態
で探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。こ
の電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が数ｍＶ〜数■の
とき、１〜１０ｎＡ程度になる。このトンネル電流の大
きさは、試料と探針との間の距離により変化するので、
トンネル電流の大きさを測定することにより試料と探針
との間の距離を超精密測定することができる。従って、
探針位置が既知であれば試料の表面形状を求めることが
できる。またトンネル電流が一定になるように探針位置
を制御すれば探針位置軌跡により同様に試料の表面形状
を観察することができる。
このようなトンネル電流により試料の表面形状を観察す
る走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）においては、試料から
の凹凸像を得るためＷ（タングステン）等で作製した探
針を試料に近づけトンネル電流を検出する必要がある。
る走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）においては、試料から
の凹凸像を得るためＷ（タングステン）等で作製した探
針を試料に近づけトンネル電流を検出する必要がある。
この場合、まず、粗動により探針を０．１μｍ程度まで
試料に近づけ、そして微動により０．１μｍからさらに
ｌｎｍまで探針を試料を近づけるため、ｎｍオーダーの
制御が必要になる。
試料に近づけ、そして微動により０．１μｍからさらに
ｌｎｍまで探針を試料を近づけるため、ｎｍオーダーの
制御が必要になる。
走査トンネル顕微鏡は、例えば電子顕微鏡に組み込み使
用され、その例を示したのが第２図である、第２図にお
いて、電子顕微鏡用ホルダー１２は、ＳＴＭユニットエ
を組み込んでポールピース１１の間に配設されたもので
あり、光軸１４付近に探針３と試料２も同時に取り付け
られ、その断面図を示したのが同図（ｂ）であり、ホル
ダー１２を上から見た図を示したのが同図（ｃ）である
。このような構成では、同図（ｂｌに示すように電子顕
微鏡により試料２の表面に成る角度でスポット状に電子
線１６を照射し、そこで反射像をスクリーン１５に投影
させることによって試料面を観察することができ、さら
に走査トンネル顕微鏡で探針３を走査することによって
表面細部を超精密に観察することができる。このように
走査トンネル顕微鏡を電子顕微鏡に組み込むメリットと
しては、上記探針のアプローチを電子顕微鏡での観察下
で行えると同時に、反射電子線回折（ＲＥＭ）法との併
用が可能となり、ＲＥＭ法での像観察下で同一場所のＳ
ＴＭ像を観察することが可能となることである。
用され、その例を示したのが第２図である、第２図にお
いて、電子顕微鏡用ホルダー１２は、ＳＴＭユニットエ
を組み込んでポールピース１１の間に配設されたもので
あり、光軸１４付近に探針３と試料２も同時に取り付け
られ、その断面図を示したのが同図（ｂ）であり、ホル
ダー１２を上から見た図を示したのが同図（ｃ）である
。このような構成では、同図（ｂｌに示すように電子顕
微鏡により試料２の表面に成る角度でスポット状に電子
線１６を照射し、そこで反射像をスクリーン１５に投影
させることによって試料面を観察することができ、さら
に走査トンネル顕微鏡で探針３を走査することによって
表面細部を超精密に観察することができる。このように
走査トンネル顕微鏡を電子顕微鏡に組み込むメリットと
しては、上記探針のアプローチを電子顕微鏡での観察下
で行えると同時に、反射電子線回折（ＲＥＭ）法との併
用が可能となり、ＲＥＭ法での像観察下で同一場所のＳ
ＴＭ像を観察することが可能となることである。
ところで、電子ｒ！Ｊ４微鏡に走査トンネル顕微鏡庵組
み込んだ場合、圧電素子は、探針をｘｙ定走査せたりＺ
軸方向へ移動させたりするのに電圧が印加される。従っ
て、その印加される電圧により電場が発生し、この電場
は、探針の移動に伴って常に変化している。このような
圧電素子が電子線照射下にあるため、圧電素子からの電
場が電子線に偏向を与えるという問題がある。また、こ
のシステムが絶縁物から出来ているとの構造上の問題か
らチャージアップ等が発生し、測定に対して誤差を与え
る。
み込んだ場合、圧電素子は、探針をｘｙ定走査せたりＺ
軸方向へ移動させたりするのに電圧が印加される。従っ
て、その印加される電圧により電場が発生し、この電場
は、探針の移動に伴って常に変化している。このような
圧電素子が電子線照射下にあるため、圧電素子からの電
場が電子線に偏向を与えるという問題がある。また、こ
のシステムが絶縁物から出来ているとの構造上の問題か
らチャージアップ等が発生し、測定に対して誤差を与え
る。
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって
、電子顕微鏡に走査トンネル顕微鏡を組み込んだ場合で
あっても圧電素子の電場が電子線に影響を与えないよう
にした走査トンふル顕微鏡を提供することを目的とする
ものである。
、電子顕微鏡に走査トンネル顕微鏡を組み込んだ場合で
あっても圧電素子の電場が電子線に影響を与えないよう
にした走査トンふル顕微鏡を提供することを目的とする
ものである。
そのために本発明の走査トンネル顕微鏡は、圧電素子の
印加電圧を制御することによって試料面に探針を近づけ
て走査しトンネル電流を検出する走査トンネル顕微鏡に
おいて、圧電素子が取り付けられる走査ユニット部を導
電体により覆いシールドしたことを特徴とする。
印加電圧を制御することによって試料面に探針を近づけ
て走査しトンネル電流を検出する走査トンネル顕微鏡に
おいて、圧電素子が取り付けられる走査ユニット部を導
電体により覆いシールドしたことを特徴とする。
Ｃ作用〕
本発明の走査トンネル顕微鏡では、圧電素子が取り付け
られる走査ユニット部を導電体により覆いシールドする
ので、電子顕微鏡にユニットが組み込まれても圧電素子
による電場の影響により電子線が偏向されるという影響
を排除することができる。また、電子顕微鏡により電子
線が試料に照射される際にも、走査トンネル顕微鏡ユニ
ットがチャージアップするという問題も回避できる。
られる走査ユニット部を導電体により覆いシールドする
ので、電子顕微鏡にユニットが組み込まれても圧電素子
による電場の影響により電子線が偏向されるという影響
を排除することができる。また、電子顕微鏡により電子
線が試料に照射される際にも、走査トンネル顕微鏡ユニ
ットがチャージアップするという問題も回避できる。
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明に係る走査トンネルＳ！ｊＩｍ鏡の走査
ユニット部の１実施例を示す図、第２図は走査型トンネ
ル顕微鏡を組み込んだ電子顕微鏡の構成概要を示す図、
第３図は走査型トンネル顕微鏡の概略構成を示す図、第
４図は３次元アクチュエータの各種形状の例を示す図で
ある。図中、１はＳＴＭユニント、２は試料、３は探針
、４はヘッド、６．８．９と３１は圧電素子、５と７は
絶縁板、１１はポールピース、１２はホルダー、１３は
駆動機構、１４は光軸、１５はスクリーン、１６は電子
ビーム、２１と３２は電極、２２はＸＹ走査回路、２３
はサーボ回路、２４はトンネル電流増幅器、２５はバイ
アス電源、２６はメモリ、２７はＭＰＵ、２８は表示装
置を示す。
ユニット部の１実施例を示す図、第２図は走査型トンネ
ル顕微鏡を組み込んだ電子顕微鏡の構成概要を示す図、
第３図は走査型トンネル顕微鏡の概略構成を示す図、第
４図は３次元アクチュエータの各種形状の例を示す図で
ある。図中、１はＳＴＭユニント、２は試料、３は探針
、４はヘッド、６．８．９と３１は圧電素子、５と７は
絶縁板、１１はポールピース、１２はホルダー、１３は
駆動機構、１４は光軸、１５はスクリーン、１６は電子
ビーム、２１と３２は電極、２２はＸＹ走査回路、２３
はサーボ回路、２４はトンネル電流増幅器、２５はバイ
アス電源、２６はメモリ、２７はＭＰＵ、２８は表示装
置を示す。
第１図において、ＳＴＭユニットｌは、へ、ド４に探針
３が装着され、ヘッド４が絶縁板５．７及び圧電素子６
．８．９により支持されている。
３が装着され、ヘッド４が絶縁板５．７及び圧電素子６
．８．９により支持されている。
圧電素子６．８．９は、Ｙ軸、Ｙ軸、Ｙ軸からなる３次
元アクチュエータを構成し、圧電素子６がＹ軸、圧電素
子８がＹ軸、圧電素子９がＹ軸を駆動するものであり、
この圧電素子６．８．９を駆動することにより、試料２
上を探針３で走査してトンネル電流及び圧電素子６．８
．９の印加電圧をもとに試料２の表面の凹凸像を得るこ
とができる。
元アクチュエータを構成し、圧電素子６がＹ軸、圧電素
子８がＹ軸、圧電素子９がＹ軸を駆動するものであり、
この圧電素子６．８．９を駆動することにより、試料２
上を探針３で走査してトンネル電流及び圧電素子６．８
．９の印加電圧をもとに試料２の表面の凹凸像を得るこ
とができる。
Ｓ Ｔ Ｍユニノ１−１及び試料が第２図に示すホルダ
ー１２に組み込まれるが、本発明の走査トンネル顕微鏡
は、この３７Ｍユニット１を導体１０により覆いシール
ドすることにより、各圧電素子からの電場が光軸上に漏
れるのを防止しようとするものである。
ー１２に組み込まれるが、本発明の走査トンネル顕微鏡
は、この３７Ｍユニット１を導体１０により覆いシール
ドすることにより、各圧電素子からの電場が光軸上に漏
れるのを防止しようとするものである。
トンネル電流を検出しながら圧電素子６．８．９を駆動
し、試料２の表面の凹凸像を得る全体のシステム概略構
成を示したのが第３図である。
し、試料２の表面の凹凸像を得る全体のシステム概略構
成を示したのが第３図である。
第３図において、３次元アクチエエータを構成する圧電
素子６．８．９のそれぞれ両側に配置された電極２１に
は、駆動電圧が印加され、この電極間の電圧がＭＰＵ２
７、メモリ２６を通して制御される。すなわち、３次元
アクチュエータの制御では、ＸＹ走査回路２２によりＸ
軸、Ｙ軸方向圧電素子８．９に対する印加電圧を掃引す
ることにより探針３をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて走査
し、この走査をしながらトンネル電流が一定になるよう
にサーボ回路２３を通してＺ軸方向圧電素子６に対する
電圧を制御する。そこで、この制御電圧値をＭＰＵ２７
に読み込み表示装置２８に表示することによって、試料
２の表面形状を観察することができる。
素子６．８．９のそれぞれ両側に配置された電極２１に
は、駆動電圧が印加され、この電極間の電圧がＭＰＵ２
７、メモリ２６を通して制御される。すなわち、３次元
アクチュエータの制御では、ＸＹ走査回路２２によりＸ
軸、Ｙ軸方向圧電素子８．９に対する印加電圧を掃引す
ることにより探針３をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて走査
し、この走査をしながらトンネル電流が一定になるよう
にサーボ回路２３を通してＺ軸方向圧電素子６に対する
電圧を制御する。そこで、この制御電圧値をＭＰＵ２７
に読み込み表示装置２８に表示することによって、試料
２の表面形状を観察することができる。
３次元アクチュエータとしては、直線タイプ以外に、第
４図［ａｌに示すように圧電素子３１をトライポット型
に接着した片持ち式のものが一番多く使用され、またこ
れよりも剛性を高くするために、同図（′ｂ）に示すよ
うに圧電素子３１を、Ｘ軸、Ｙ軸は両端支持、Ｚ軸は一
端支持するようにしたものも使用されている。さらに剛
性を高くしたものとして、同図（Ｃ１に示すように圧電
素子３１を円筒型に構成し、その表面に４個の電極３２
を貼付し、裏面電極との間に電圧を印加するようにした
ものや、同図＋ｄｌに示すキュービックタイプのものも
使用されている。
４図［ａｌに示すように圧電素子３１をトライポット型
に接着した片持ち式のものが一番多く使用され、またこ
れよりも剛性を高くするために、同図（′ｂ）に示すよ
うに圧電素子３１を、Ｘ軸、Ｙ軸は両端支持、Ｚ軸は一
端支持するようにしたものも使用されている。さらに剛
性を高くしたものとして、同図（Ｃ１に示すように圧電
素子３１を円筒型に構成し、その表面に４個の電極３２
を貼付し、裏面電極との間に電圧を印加するようにした
ものや、同図＋ｄｌに示すキュービックタイプのものも
使用されている。
電子顕微鏡内では、これらの圧１ま素子の電場が電子線
に与える影響を無視することはできず、例えば光軸から
５ｍｍ離れた場所に１００Ｖ程度与えると、光軸上の電
子線は、１２０ｋＶの印加電圧で２〜５ｎｍ程度シフト
する。距離が一定であれば、電子線に働くクーロン力は
、圧電素子に印加する電圧に比例するので、駆動距離を
大きく取るために印加電圧を大きくすれば、当然偏向量
も大きくなってくる。このことは電子顕微鏡で探針を駆
動するときの観察像の軸にも影響を与えるため高い倍率
で観察時には像の歪み等になってしまう。また、ピエゾ
素子も含めユニット部は、絶縁物であるため電子線がチ
ャージするという問題が起きる。本発明では、これらの
問題が上記のように圧電素子を配置した探針の走査ユニ
ット部を導体にてシールドすることにより防止できる。
に与える影響を無視することはできず、例えば光軸から
５ｍｍ離れた場所に１００Ｖ程度与えると、光軸上の電
子線は、１２０ｋＶの印加電圧で２〜５ｎｍ程度シフト
する。距離が一定であれば、電子線に働くクーロン力は
、圧電素子に印加する電圧に比例するので、駆動距離を
大きく取るために印加電圧を大きくすれば、当然偏向量
も大きくなってくる。このことは電子顕微鏡で探針を駆
動するときの観察像の軸にも影響を与えるため高い倍率
で観察時には像の歪み等になってしまう。また、ピエゾ
素子も含めユニット部は、絶縁物であるため電子線がチ
ャージするという問題が起きる。本発明では、これらの
問題が上記のように圧電素子を配置した探針の走査ユニ
ット部を導体にてシールドすることにより防止できる。
勿論シールドは接地することが必要である。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、３７
Ｍユニットを導体で囲みシールドするので、３７Ｍユニ
ットを電子顕微鏡に組み込んだ場合においても、圧電素
子の電場により電子線が偏向される等の影響を排除する
ことができる。また、電子線照射による像観察時に３７
Ｍユニットの絶縁部にチャージアップするのを避けるこ
とができ
Ｍユニットを導体で囲みシールドするので、３７Ｍユニ
ットを電子顕微鏡に組み込んだ場合においても、圧電素
子の電場により電子線が偏向される等の影響を排除する
ことができる。また、電子線照射による像観察時に３７
Ｍユニットの絶縁部にチャージアップするのを避けるこ
とができ
第１図は本発明に係る走査トンネル顕微鏡の１実施例を
示す図、第２図は走査型トンネルｇＪｉ微鏡を組み込ん
だ電子顕微鏡の構成概要を示す図、第３図は走査型トン
ヱル顕微鏡の概略構成を示す図、第４図は３次元アクチ
ュエータの各種形状の例を示す図である。 ■・・・３７Ｍユニット、２・・・試料、３・・・探針
、４・・・ヘッド、６．８．９・・・圧電素子、５と７
・・・絶縁尋反、１１・・・ポールピース、１２・・・
ホルダー、１３・・・駆動機構、１４・・・光軸、１５
・・・スクリーン、１６・・・電子線。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外３名）第１図
示す図、第２図は走査型トンネルｇＪｉ微鏡を組み込ん
だ電子顕微鏡の構成概要を示す図、第３図は走査型トン
ヱル顕微鏡の概略構成を示す図、第４図は３次元アクチ
ュエータの各種形状の例を示す図である。 ■・・・３７Ｍユニット、２・・・試料、３・・・探針
、４・・・ヘッド、６．８．９・・・圧電素子、５と７
・・・絶縁尋反、１１・・・ポールピース、１２・・・
ホルダー、１３・・・駆動機構、１４・・・光軸、１５
・・・スクリーン、１６・・・電子線。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外３名）第１図
Claims (1)
- （１）圧電素子の印加電圧を制御することによって試料
面に探針を近づけて走査しトンネル電流を検出する走査
トンネル顕微鏡において、圧電素子が取り付けられる走
査ユニット部を導電体により覆いシールドしたことを特
徴とする走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62285834A JP2551954B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62285834A JP2551954B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127901A true JPH01127901A (ja) | 1989-05-19 |
| JP2551954B2 JP2551954B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=17696682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62285834A Expired - Lifetime JP2551954B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2551954B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008021540A (ja) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Aoi Electronics Co Ltd | シールドカバー、微細駆動装置、ナノピンセット装置および試料観察装置 |
-
1987
- 1987-11-12 JP JP62285834A patent/JP2551954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008021540A (ja) * | 2006-07-13 | 2008-01-31 | Aoi Electronics Co Ltd | シールドカバー、微細駆動装置、ナノピンセット装置および試料観察装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2551954B2 (ja) | 1996-11-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080822 Year of fee payment: 12 |