JPH02201252A - 電気化学測定トンネル電流同時測定装置およびトンネル探針 - Google Patents
電気化学測定トンネル電流同時測定装置およびトンネル探針Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
トンネル探針に関する。
を行い、同時に試料とトンネル探針との間に流れるトン
ネル電流を検出する装置であり、さらに、検出したトン
ネルを流より試料表面の像として表わす電気化学測定中
での走査型トンネル顕微鏡(以下、STMと言う)に関
する。
溶液中に設置した電気化学セルと、試料の電位を設定す
る手段と、試料と対極とに流れる電流を検出する手段と
、試料とトンネル探針との距離を移動する手段と、トン
ネル探針の電位を設定する手段と、トンネル探針と試料
との電位差により流れるトンネル電流を検出する手段よ
り構成される。場合によって1よ、試料の電位およびト
ンネル探針の電位が走査可能な手段をも含む。
ンネル探針を試料表面をXY軸に走査し、その際、検出
したトンネル電流がほぼ一定になるようトンネル探針と
試料の距離を制御JするZ軸制御を用い、トンネル探針
の位置を三次元表示で表わすことにより、試料表面の像
を表わす、電気化学測定中での走査型トンネル顕微鏡装
置をも含むものである。特に、トンネル探針を、金、金
を主成分とする金合金、炭素、もしくは炭素化合物で形
成し、トンネル探針自身の電気化学反応が生じない電位
領域(ウィンドウ)を大幅に広くでき、溶液中における
電極上に析出した物質の同定や、付着に不純物の同定を
可能にするものである。
する手法は一般的であり、装置としてもボテンシオスタ
7ト、ポーラログラフイーなどとして市販されている。
出する方法も一般的であり、さらに検出したトンネル電
流により試料の表面像として表わす手段としては走査型
トンネル顕微鏡として知られている。この走査型トンネ
ル顕微鏡に関しては、例えば米国特許4343993号
明細書等において周知であり、超高真空下での測定が行
われてきたが、最近では大気中、溶液中での測定も可能
となっている。
の腐食過程、各種電極反応を電気化学測定と同時にトン
ネル電流を検出する方法は確立されておらず、不可能で
あった。
ンネル探針自身のウィンドウが狭く、溶液中における電
極上に析出した物質の同定が困難であった。
電位を設定する手段と、試料と対極とに流れる電流を検
出する手段と、試料とトンネル探針との距離を移動する
手段と、トンネル探針の電位を設定する手段と、トンネ
ル探針と試料との電位差により流れるトンネル電流を検
出する手段とにより構成され、かつ、該トンネル探計が
、金、金を主成分とする金合金、炭素、もしくは炭素化
合物で形成されている。
を固定しトンネル電流の測定が可能となった。このこと
は、試料電位で行われている電極反応をトンネル電流の
変化で解析でき、トンネル電流が一定になるように、試
料表面を走査することで、試料表面の構造の変化として
解析が可能である0周知である溶液中での走査型トンネ
ル顕微鏡は、単に溶液中の試料表面を走査型トンネル顕
m鏡で観測を行うものであり、本発明による試料電位制
御下でのトンネル電流の検出により電極反応の本質の解
明が可能となる。
にした場合の作用を述べる0通常、試料の電位−電流曲
線(サイクリックボルタモダラム)より電極反応の過程
の解析が行われているが、本発明による方法および装置
を用いることにより、サイクリックポルタモグラムの各
電位におけるトンネル電流が測定され、さらに各電位に
おける試料表面の構造が得られ、電気化学反応を電極表
面構造と対応させて解析することが可能となる。
素化合物は、ウィンドウが1.0〜2.0■と広(、こ
のトンネル探針のウィンドウを広くできることは、溶液
中で行う電極上に析出する物質に対して、トンネル探針
の電位を変化させ、その時に流れるトンネル電流の変化
により、物質のエネルギー準位を決定して、物質の同定
を行う際に、トンネル探針の変化する電位域を広くする
ことができるものである。
が、硬度、強度の向上を目的として、Pd、Pt、Wを
微量添加した金を主成分とする金合金による探針も本発
明に使用できる。
ス等を含浸させた高純度グラファイト、高温減圧下で炭
素水素を熱分解して生成した熱分析グラファイト、グラ
ファイト粉にエポキシ等のバインダを添加して形成する
カーボンペースト電極、炭素にillの炭化ホウ素を添
加した炭素化合物等により探針が適している。
き、ガラスコーティング等の絶縁膜を形成することが好
ましい。
装置のトンネル探針の断面図である。
加工し、導電性探針1を得る。
グを施し、絶縁層2を形成し、トンネル探針3を得る。
の電流−電位曲線を測定し、結果を第2図に示す。
ドウ)カ、−0,1+0.9Vと1.9 Vを達成して
いる。
.25wt%)、高純度グラファイト (グラソシカー
ボン)、炭素に炭化ホウ素を3を一%添加した炭素化合
物で実施例1と同様にトンネル探針3を作製した。
ウを測定した結果を第1表に示す。
ネル探針3を作製し、0.5M Hz 304溶液中
での電流−電位曲線を測定し、結果を第3図に示す。
3〜+〇、6V(0,3V)と非常に狭い結果であった
。
合物とすることにより、従来の白金に比較し、大幅に広
いウィンドウが達成されることが確認できた。
発明装置の動作を説明する。
測定装置の概略図である。
3、トンネル探針3が配置され、溶液15で満たされて
いる。
極であり、SCE、 II−塩化銀電極が代表的である
。トンネル探針3は、実施例1.2で示すように金、金
合金、炭素、炭素化合物の探針材料を、機械研磨、段階
研磨により鋭利な先端部を形成し、先端部以外をガラス
コーティングの絶縁膜で被覆している。
ネル探針3と試料11との距離変動を防ぐため、除震台
16上に設置される。
試料電流検出部17に接続され、電源18による電圧を
用い、試料11の電位設定を行い、電気化学測定を行う
ことができ、この試料電位制御・試料電流検出部17は
、試料電位・試料電流記録部19に接続され、電位−電
流曲線等の電気化学測定を記録することができる。
13はトンネル探針と試料との電位差制御・トンネル電
流検出部20に接続され、電源22による電圧を用い、
試料電位制御・試料電流検出部17とも接続した回路で
、トンネル探針lOと試料11との電位差設定、トンネ
ル電流の検出を行い、トンネル探針と試料との電位差制
御・トンネル電流検出部20は、トンネル電流・トンネ
ル探針と試料との電位差記録部21に接続され記録する
。
流れる距離に移動するための、粗動機I#23が設置さ
れている。
た金によるトンネル探針、試料11として、HOPG
(ハイオーダーバイオティックグラファイト)、溶液1
5として、過塩素酸銀、対極13として、鎖線を用い、
サイクリックポルタモグラムと同期したHOPG表面の
Agの析出/溶融のSTM像が得られた。
物がAgであることを同定した。
ンネル電流とを同時に測定でき、電気化学反応を試料表
面構造と対応させて解析でき、更にトンネル探針のウィ
ンドウを従来探針に比べ大幅に広げられ、溶液中での試
料表面の析出物の同定をも可能とするものであり、表面
処理技術、半導体等の分野に重要な装置を提供するもの
である。
置のトンネル探針の断面図、第2図はIM Hz S
on中におけるAuの電極の電流−電位曲線を示す図、
第3図は0.5M Hz Son中におけるpt電極
の電流−電位曲線を示す図、第4図は本発明による電気
化学測定トンネル電流同時測定装置の概略図である。 l・・・導電性探針 2・・・絶縁膜 3・・・トンネル探針 以上 才9廻af4の電気イ乙学講り定トン表Lt;tI)7
μ牛須11克襞lのトンフル右1けのtケ面図 第1図 E(Vus、 NHE) 第3wJ 第 E(V vs、 NHE) 図 不顎叩ドよろ貢JζA乙悸す覗・1定トン不1し亀丸同
しジ清は装置のR路面 fJ 4 図
Claims (2)
- (1)試料、対極、参照電極およびトンネル探針とを溶
液中に配置した電気化学セルにおいて、試料の電位を設
定する手段と、試料と対極とに流れる電流を検出する手
段と、試料とトンネル探針との距離を移動する手段と、
トンネル探針の電位を設定する手段と、トンネル探針と
試料との電位差により流れるトンネル電流を検出する手
段とにより構成され、かつ、該トンネル探針が、金、金
を主成分とする金合金、炭素、もしくは炭素化合物で形
成されていることを特徴とする電気化学測定トンネル電
流同時測定装置。 - (2)試料、対極、参照電極およびトンネル探針とを溶
液中に配置した電気化学セルを用い、電気化学測定ある
いはトンネル電流を測定する装置に用いる探針において
、 前記トンネル探針が、金、金を主成分とする金合金、炭
素もしくは炭素化合物で形成されていることを特徴とす
るトンネル探針。
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