JPH02222802A - Sample fine slider for scan type tunnel microscope - Google Patents
Sample fine slider for scan type tunnel microscopeInfo
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- JPH02222802A JPH02222802A JP22420588A JP22420588A JPH02222802A JP H02222802 A JPH02222802 A JP H02222802A JP 22420588 A JP22420588 A JP 22420588A JP 22420588 A JP22420588 A JP 22420588A JP H02222802 A JPH02222802 A JP H02222802A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、走査型トンネル顕微鏡に供される試料の観測
箇所を変えるために、試料を微小移動させる機能を備え
た走査型トンネル顕微鏡の試料微小滑動装置に関するも
のである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a scanning tunneling microscope sample having a function of minutely moving the sample in order to change the observation point of the sample to be subjected to the scanning tunneling microscope. This invention relates to a micro-sliding device.
(従来の技術〕
従来、この種走査型トンネル顕微鏡の試料微小移動装置
としては、例えば次に示すようなものがあった。(Prior Art) Conventionally, as a sample micro-moving device for this type of scanning tunneling microscope, there have been, for example, the following devices.
(1) 圧電素子の伸縮と電気絶縁膜を介在させた静
電吸着を用いた尺取り虫のような機構(Ch、Gerb
er、G、B1nn1g、H,I’1uchs、0.M
arti、and H,Rohrer:Rev、sci
、 Instrum、 、 Vol、5?、 pp、2
21−224(1982) )(2) 圧電素子の伸
縮で弾性金属板を撓ませこの弾性金属板の端にサポート
を設けた機構CD、W、P。(1) An inchworm-like mechanism using the expansion and contraction of a piezoelectric element and electrostatic adsorption with an electrically insulating film interposed (Ch, Gerb
er, G, B1nn1g, H, I'1uchs, 0. M
arti, and H, Rohrer: Rev, sci.
, Instrum, , Vol. 5? , pp. 2
21-224 (1982) ) (2) Mechanisms CD, W, and P in which an elastic metal plate is bent by the expansion and contraction of a piezoelectric element and a support is provided at the end of this elastic metal plate.
旧:5urface 5ctence、Vol、181
.pp、174−175(1987) )(3) 圧
電素子の伸縮とずれ変形を用いた機構〔に、Nakaa
oto+and K、Fujioka:Jpn、J、A
ppl、Phys、。Old: 5urface 5ctence, Vol, 181
.. pp, 174-175 (1987) ) (3) Mechanism using expansion/contraction and shear deformation of a piezoelectric element [in, Nakaa
oto+and K, Fujioka: Jpn, J, A
ppl, Phys.
Vol、2?、pp、L123−Ll26(1988)
)これらは、何れも試料面に垂直な(Z)方向で探針
を移動させ、この探針と試料の間隔をトンネル領域に近
づけるためのものである。Vol.2? , pp. L123-Ll26 (1988)
) These are all for moving the probe in the (Z) direction perpendicular to the sample surface and bringing the distance between the probe and the sample closer to the tunnel region.
ところで、このような走査型トンネル顕微鏡による試料
の観測においては、試料の装着後に試料に関する観測を
種々行った結果、その観測箇所から少し離間する箇所、
仮に他の観測箇所までの距離や方向が正確に定まらなく
てもよい箇所についても観測したことがしばしば起きる
。By the way, when observing a sample using such a scanning tunneling microscope, as a result of performing various observations on the sample after mounting the sample, we find that there are some points that are slightly distant from the observation point,
It often happens that observations are made even if the distance or direction to other observation points does not have to be determined accurately.
このため、表面形状等の試料観測のために二次元(XY
)走査させている例えば圧電素子を駆動させるに印加し
ている例えば三角波電圧や、さらにこれに重畳させ加え
ているバイアス電圧を変えて、二次元走査範囲を変更し
、観測箇所の範囲を拡大するか、あるいは一定の観測範
囲そのものの全域を移動させている。For this reason, two-dimensional (XY
) Change the two-dimensional scanning range and expand the range of observation points by changing the triangular wave voltage applied to drive the piezoelectric element during scanning, or the bias voltage superimposed on this. Or, they are moving throughout the fixed observation range itself.
また、圧電素子固有の二次元走査可能範囲を越えて、他
の観測箇所へ変えたい場合には、試料の装着のやり直し
によって探針の下にくる試料の位置を変更し、観測箇所
を変えていた。In addition, if you want to move beyond the two-dimensional scanning range unique to the piezoelectric element and change to another observation point, you can change the position of the sample under the probe by re-mounting the sample and change the observation point. Ta.
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、試料の観測箇所を他の観測箇所へ移したい場
合、従来のように二次元(XY)走査範囲を変更したり
、全域移動したりする手段では次のような欠点がある。[Problem to be solved by the invention] However, when it is desired to move the observation point of the sample to another observation point, the conventional means of changing the two-dimensional (XY) scanning range or moving the entire area requires the following method. There are some drawbacks.
すなわち、例えば円筒形圧電素子や十字構造圧電素子を
使用して、これらの圧電素子に取り付けた探針を二次元
(XY)走査したとしても、二次元走査の可能な範囲は
狭い、最も構造的に簡単で機械的剛性が高(三次元走査
のできる円筒形圧電素子CG、Binnigand D
、P、E、Sm1th:Rev、Sci、Instru
m。In other words, even if a probe attached to a cylindrical piezoelectric element or a cross-shaped piezoelectric element is used for two-dimensional (XY) scanning, the possible range of two-dimensional scanning is narrow, and the most structural Easy to use and has high mechanical rigidity (cylindrical piezoelectric element CG capable of three-dimensional scanning, Binnigan D
,P,E,Sm1th:Rev,Sci,Instru
m.
Vol、57. pp、1688−1689(1986
)) 、探針に対し走査の対称性がよいとされる十字構
造圧電素子(S、Qkayama etat:J、Va
c、Sci、Technol、A、Vol、6+I)I
)、440444(198B) )でも、せいぜい1O
xlO(8M)であり、試料の観測箇所をこの範囲以外
に移しての観測は困難である。しかも、二次元走査させ
る探針を取り付けた圧電素子に印加している例えば三角
波電圧の電圧値を大きくして、二次元走査範囲を広くす
ればする程、観測の水平方向の分解能が低下する。Vol, 57. pp, 1688-1689 (1986
)), a cross-structure piezoelectric element (S, Q), which is said to have good scanning symmetry with respect to the probe (S, Q)),
c, Sci, Technol, A, Vol, 6+I) I
), 440444 (198B) ), but at most 1O
xlO (8M), and it is difficult to move the observation point of the sample outside this range for observation. Moreover, the wider the two-dimensional scanning range is by increasing the voltage value of, for example, a triangular wave voltage applied to a piezoelectric element equipped with a probe for two-dimensional scanning, the lower the horizontal resolution of observation.
また、観測の分解能を高く維持しつつ、試料の観測箇所
を他の箇所に移すためバイアス電圧を変えるときは、二
次元走査のための電圧にバイアス電圧の重畳したきわめ
て大きい駆動電圧を圧電素子に印加しなければならない
。しかし、圧電素子に印加できる駆動電圧には、圧電素
子を破壊させないための上限があり、この限度を越えて
電圧を与えることはできない、さらに、大きい駆動電圧
を圧電素子に印加する場合には電気絶縁を強化する必要
がある。この他、走査の非対称性、非直線性による試料
表面の観察像の歪み等の欠点が現れる。In addition, when changing the bias voltage in order to move the observation point of the sample to another point while maintaining high observation resolution, it is necessary to apply an extremely large drive voltage to the piezoelectric element, which is a superimposition of the bias voltage on the voltage for two-dimensional scanning. must be applied. However, there is an upper limit to the drive voltage that can be applied to a piezoelectric element in order to prevent the piezoelectric element from being destroyed, and it is not possible to apply a voltage that exceeds this limit. It is necessary to strengthen the insulation. In addition, there are other drawbacks such as distortion of the observed image of the sample surface due to scanning asymmetry and nonlinearity.
そして、試料の装着をやり直すものでは、その装着作業
が走査型トンネル顕微鏡の取り扱う尺度と比較して、あ
まりにもマクロな作業であるため、再装着後の観測箇所
が著しく飛び離れた箇所になり易く、その作業を幾度も
やり直さなければならない煩雑さがある等、観測箇所を
現在位置から少し離間する位置に変えたいときの欠点と
なっていた。In addition, when remounting the sample, the mounting work is too macroscopic compared to the scale handled by a scanning tunneling microscope, so the observation points after remounting tend to be significantly different. This has been a disadvantage when it is desired to change the observation point to a position a little further away from the current position, such as the complication of having to redo the work many times.
本発明に係る走査型トンネル顕微鏡の試料微小滑動装置
は、磁性体によって形成され試料を移動自在に保持する
基台を備え、この基台上に永久磁石からなるアクチュエ
ータ取付台を吸着し、このアクチュエータ取付台に試料
を微小移動させる圧電アクチュエータを取り付けたもの
である。The sample micro-sliding device for a scanning tunneling microscope according to the present invention includes a base made of a magnetic material and capable of holding a sample movably, and an actuator mount made of a permanent magnet is attracted onto the base, and the actuator A piezoelectric actuator that moves the sample minutely is attached to the mount.
本発明においては、圧電アクチュエータによって基台上
の試料の観測箇所を変更することができる。In the present invention, the observation location of the sample on the base can be changed using the piezoelectric actuator.
先ず、本発明の基本構成および作用につき、第1図を用
いて簡略説明する。First, the basic structure and operation of the present invention will be briefly explained using FIG.
第1図は本発明に係る走査型トンネル顕微鏡の試料微小
滑動装置の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a sample microsliding device for a scanning tunneling microscope according to the present invention.
同図において、符号1および2は永久磁石からなるアク
チュエータ取付台と試料台、11はアクチュエータ取付
台1に設けられた切欠き、Haは切欠き11の最外部位
である切欠き始端、llbは切欠き11の最内部位であ
る切欠き終端、12は圧電アクチュエータ、12aは切
欠き始端11a側に位置する圧電アクチュエータ12の
自由端、12bは切欠き終端11b側に位置しこの部位
に取り付けられた圧電アクチュエータ12の固定端、1
21は圧電材料、122は圧電アクチュエータ12を動
作させるための2つの電極、123は圧電アクチュエー
タ12を動作させるための他の電極ともなる弾性金属板
、3は試料、4は磁性体によって形成されアクチヱエー
タ取付台1と試料台2を保持する基台、2aは試料3を
載置する試料台2と圧電アクチュエータ12の自由端1
2aの接触点である。In the figure, numerals 1 and 2 are an actuator mounting base and a sample stage made of permanent magnets, 11 is a notch provided in the actuator mounting base 1, Ha is a notch starting end which is the outermost part of the notch 11, and llb is a notch start end which is the outermost part of the notch 11. The notch end is the innermost part of the notch 11, 12 is a piezoelectric actuator, 12a is a free end of the piezoelectric actuator 12 located on the notch starting end 11a side, and 12b is located on the notch end 11b side and is attached to this part. Fixed end of piezoelectric actuator 12, 1
21 is a piezoelectric material, 122 is two electrodes for operating the piezoelectric actuator 12, 123 is an elastic metal plate that also serves as another electrode for operating the piezoelectric actuator 12, 3 is a sample, and 4 is an actuator made of a magnetic material. The base 2a holds the mounting table 1 and the sample table 2, and 2a is the sample table 2 on which the sample 3 is placed, and the free end 1 of the piezoelectric actuator 12.
This is the contact point of 2a.
アクチュエータ取付台1と試料台2は、基台4上に磁力
で吸着させて用いる。これら両部材1゜2は同一の永久
磁石材料を使用し、これらの重量および基台4に対する
接触面積を、アクチュエータ取付台1が試料台2より大
きくし、アクチュエータ取付台1の吸着力を試料台2の
吸着力より強くしである。The actuator mount 1 and the sample stage 2 are used by being magnetically attracted onto the base 4. Both members 1 and 2 are made of the same permanent magnet material, and the weight and the contact area with the base 4 are made larger for the actuator mount 1 than for the sample mount 2, so that the attraction force of the actuator mount 1 is greater than that of the sample mount. The adsorption force is stronger than 2.
切欠き11は、例えば直方体のアクチュエータ取付台l
を変形加工してコ字状に形成されている。The cutout 11 is, for example, a rectangular parallelepiped actuator mounting base l.
It is formed into a U-shape by deforming it.
試料3を載置する試料台2の形状は例えば直方体とする
。The shape of the sample stage 2 on which the sample 3 is placed is, for example, a rectangular parallelepiped.
圧電材料121は矩形板状で、面積の大きい両面上には
電極122が形成されている。この圧電材料121は、
電極122面と垂直(Y)方向が電界方向圧電材料12
1の長手(X)方向を歪み方向として分極処理されてい
る。The piezoelectric material 121 has a rectangular plate shape, and electrodes 122 are formed on both sides having a large area. This piezoelectric material 121 is
The electric field direction of the piezoelectric material 12 is perpendicular to the electrode 122 surface (Y) direction.
Polarization processing is performed with the longitudinal (X) direction of 1 as the strain direction.
圧電アクチュエータ12は、画電極122を短絡接続し
て同電位とし、この電位に対し弾性金属板123へ電位
差を与えるバイモルフ型アクチュエータでパラレル型の
動作を行う。電極122に全(電圧を印加しないときの
圧電アクチュエータ12は実線で示すような形状をして
いる。試料台2と圧電アクチュエータ12の自由端12
aを接触点2aで接触させておく。The piezoelectric actuator 12 is a bimorph actuator that short-circuits the picture electrodes 122 to have the same potential and applies a potential difference to the elastic metal plate 123 with respect to this potential, and performs a parallel operation. When no voltage is applied to the electrode 122, the piezoelectric actuator 12 has a shape as shown by the solid line.
A is kept in contact with the contact point 2a.
ここで、電極122に正あるいは負の直流電圧を印加す
ると、破線で示すように圧電アクチュエータ12が変形
し、矢印Pで示すように自由端12aが変位する。した
がって、アクチュエータ取付台1は、この自由端12a
の変位に伴って接触点2aを介して駆動力を受け、矢印
Sで示すように移動して試料台2上の試料も移動する。Here, when a positive or negative DC voltage is applied to the electrode 122, the piezoelectric actuator 12 is deformed as shown by the broken line, and the free end 12a is displaced as shown by the arrow P. Therefore, the actuator mount 1 has this free end 12a.
With the displacement of , a driving force is applied via the contact point 2a, and the sample on the sample stage 2 moves as shown by the arrow S.
第1図に示す片端固定条件において、矩形板状の圧電ア
クチュエータ12の長さをり4幅をW、厚さをT、d2
+を圧電定数1弾性金属板123の厚さをrs、印加電
圧を■としたとき、無負商学の自由端12aの変位量U
0は、
11o=6d!+(L/T)”(1+ Ts /T)V
α(1)となる。ここで、αは非線形補正係数で、α#
lである。Under the condition that one end is fixed as shown in FIG.
When + is the piezoelectric constant 1, the thickness of the elastic metal plate 123 is rs, and the applied voltage is ■, the displacement U of the free end 12a of the non-negative commercial
0 is 11o=6d! +(L/T)”(1+Ts/T)V
α(1). Here, α is the nonlinear correction coefficient and α#
It is l.
例えば、L = 5 w、 W = 2 w、 T =
0.5 m、d31− 200 XIO”(se/V)
、Ts =0.11m、 α−1トシてときの印加電圧
1■当たりの変位1uoは約0.14μ鰭であり、印加
電圧100Vで動作させると、自由端12aは14μm
で変位する。For example, L = 5 w, W = 2 w, T =
0.5 m, d31- 200 XIO” (se/V)
, Ts = 0.11 m, the displacement 1 uo per 1 cm of applied voltage when α-1 is approximately 0.14 μm, and when operated at an applied voltage of 100 V, the free end 12a is 14 μm.
Displaced by.
自由端12aの変位量を完全拘束状態としたときの発生
力F、は、
F b =6d+(L/T)”(1+ Ts /T)V
α/Sn (21となる。ここで、S7はバイモ
ルフのコンプライアンス、圧電材料21のヤング率を(
cz) t、電気機械結合係数をに31 とすると、
S、 =(4/W)(L/T)”/ ((C,I) ’
(1−に+1)) (3)である。The generated force F when the amount of displacement of the free end 12a is completely restrained is F b =6d+(L/T)''(1+Ts/T)V
α/Sn (21. Here, S7 is the compliance of the bimorph and the Young's modulus of the piezoelectric material 21 (
cz) t, and the electromechanical coupling coefficient is 31, then S, = (4/W) (L/T)''/ ((C, I) '
(1-+1)) (3).
例えば、(Cz) ’ ”6 X 10′。(N/m)
、に3+ =0.35としたときの印加電圧1■当たり
の発生力F、は約0.4gであり、印加電圧100vで
は40gとなる。For example, (Cz) ' 6 X 10'. (N/m)
, when 3+ = 0.35, the generated force F per 1 cm of applied voltage is approximately 0.4 g, and becomes 40 g at an applied voltage of 100 V.
これらの変位量u0および発生力F、は、既述の諸定数
を有するバイモルフ型圧電アクチュエータの実験によっ
ても確かめた。These displacement u0 and generated force F were also confirmed through experiments using a bimorph piezoelectric actuator having the various constants described above.
アクチュエータ取付台1の磁性材料として異方性アルニ
コ8を、基台4の材質としてインパールを使用し、両者
の接触する面の表面粗さが何れも0.83(JIS B
0601)であり、アクチュエータ取付台1の重量が
Ig、その底面積すなわち基台4に対する接触面積が2
5m”であるとき、アクチュエータ取付台1の吸着力は
アクチュエータ取付台lを基台4上を滑動させる方向で
45gであった。Anisotropic Alnico 8 was used as the magnetic material for the actuator mounting base 1, and Imphal was used as the material for the base 4, and the surface roughness of the contacting surfaces of both was 0.83 (JIS B
0601), the weight of the actuator mount 1 is Ig, and its bottom area, that is, the contact area with the base 4 is 2.
5 m'', the suction force of the actuator mount 1 was 45 g in the direction of sliding the actuator mount 1 on the base 4.
したがって、試料3を含めた試料台2の重量。Therefore, the weight of the sample stage 2 including the sample 3.
底面積をアクチュエータ取付台1の重量、底面積の例え
ば172以下とすれば、圧電アクチュエータ12の印加
電圧O■〜100Vまで増加させる間で、アクチュエー
タ取付台1を動かさずに試料台2(試料3)を滑動させ
ることができる。If the bottom area is, for example, 172 or less of the weight and bottom area of the actuator mounting base 1, the sample stage 2 (sample 3 ) can be slid.
すなわち、圧電アクチュエータ12が取り付けられたア
クチュエータ取付台1と、試料3が載置された試料台2
とによって試料微小滑動機構を構成することにより、多
少不正確な距離や方向であっても、試料を成る観測箇所
から他の観測箇所へ移すごとができる。That is, an actuator mount 1 on which a piezoelectric actuator 12 is attached, and a sample mount 2 on which a sample 3 is placed.
By configuring a sample micro-sliding mechanism, it is possible to move the sample from one observation point to another even if the distance or direction is somewhat inaccurate.
次に、本発明の構成等を第2図(alおよび(blに示
す実施例によって詳細に説明する。Next, the structure of the present invention will be explained in detail with reference to the embodiment shown in FIGS. 2(al) and (bl).
第2図(a)および(b)は本発明ば係る走査型トンネ
ル顕微鏡の試料微小滑動装置を示す斜視図とその使用例
を示す斜視図で、同図以下において第1図と同一の部材
については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。FIGS. 2(a) and 2(b) are perspective views showing a sample micro-sliding device for a scanning tunneling microscope according to the present invention and a perspective view showing an example of its use. are given the same reference numerals, and detailed explanation will be omitted.
同図において、符号100で示すものは微小滑動機構、
124は圧電アクチュエータ12の固定端12bをアク
チュエータ取付台1の切欠き終端11bへ固定するため
の接着剤、125は圧電材料121への電圧を印加する
ための電極122の一つと弾性金属板123から取り出
されるリード線、126はリード線125を切欠き11
の空間外に引き出すための貫通孔である。この貫通孔1
26内に接着剤124が充填されリード線125の一端
が固定されている。127は圧電アクチュエータ12を
バイモルフ型アクチュエータとしてパラレル型の動作を
行わせるために2つの電極122を圧電アクチュエータ
の自由端12a側で短絡接続する短絡用金属膜、128
は短絡用金属膜127上に形成された電極絶縁物を材質
とする絶縁キャンプ、129は中性のやに入り半田であ
る。In the figure, what is indicated by the reference numeral 100 is a micro-sliding mechanism;
124 is an adhesive for fixing the fixed end 12b of the piezoelectric actuator 12 to the notch end 11b of the actuator mounting base 1; 125 is an adhesive from one of the electrodes 122 and the elastic metal plate 123 for applying voltage to the piezoelectric material 121; The lead wire 126 to be taken out is the lead wire 125 cut out from the notch 11.
This is a through hole for drawing out the space. This through hole 1
Adhesive 124 is filled in 26 and one end of lead wire 125 is fixed. Reference numeral 127 denotes a short-circuiting metal film 128 for short-circuiting the two electrodes 122 on the free end 12a side of the piezoelectric actuator in order to make the piezoelectric actuator 12 perform a parallel operation as a bimorph type actuator.
129 is an insulating camp made of an electrode insulator formed on the short-circuiting metal film 127, and 129 is a neutral solder core.
同図(blにおいて、5は試料3を試料台2上に固定す
ると共に電気的接続する導電性接着剤、6はトンネル電
流を検出するための探針である。In the same figure (bl), 5 is a conductive adhesive that fixes the sample 3 on the sample stage 2 and electrically connects it, and 6 is a probe for detecting tunneling current.
アクチュエータ取付台1と試料台2の材質としては、例
えば異方性アルニコ8(八1 、Ni、Co、Ti、F
e)のような析出硬化磁石合金を使用する。この磁気特
性は、保持力(He)110(kA/m)、残留磁化(
Br)0.9T、最大エネルギ積(814)、、、 4
0(kJ/rrr)であり、圧電アクチュエータ12を
アクチュエータ取付台1を介して基台4に吸着させるこ
とができる。また、アルニコ8は導電性をもつから、導
電性接着剤5を介して試料3と基台4の電気的接続が可
能となり、走査型トンネル顕微鏡の微小滑動機構100
として好適である。The material of the actuator mounting base 1 and the sample stage 2 is, for example, anisotropic alnico 8 (81, Ni, Co, Ti, F).
e) Use precipitation hardened magnet alloys such as e). This magnetic property has a coercive force (He) of 110 (kA/m), residual magnetization (
Br) 0.9T, maximum energy product (814), 4
0 (kJ/rrr), and the piezoelectric actuator 12 can be attracted to the base 4 via the actuator mount 1. In addition, since Alnico 8 has electrical conductivity, it is possible to electrically connect the sample 3 and the base 4 via the conductive adhesive 5, and the micro-sliding mechanism 100 of the scanning tunneling microscope
It is suitable as
アクチュエータ取付台lの最外形状は直方体である。そ
して、その寸法は例えば高さ5鶴、長さ10鶴、輻8M
であり、重量はアルニコ8(^l 、Ni。The outermost shape of the actuator mounting base l is a rectangular parallelepiped. For example, its dimensions are 5 cranes in height, 10 cranes in length, and 8 meters in diameter.
The weight is Alnico 8 (^l, Ni.
Co、Ti、Fe)の場合では約3gである。切欠き1
1は最外形状が直方体のアクチュエータ取付台lをコ字
状に研削し形成されている。この切欠き11は、アクチ
ュエータ取付台1の長さ方向に例えば幅1鶴、長さ7f
lで切り込まれている。In the case of Co, Ti, Fe), it is approximately 3 g. Notch 1
1 is formed by grinding an actuator mounting base l whose outermost shape is a rectangular parallelepiped into a U-shape. This notch 11 has a width of 1 square and a length of 7 f in the length direction of the actuator mounting base 1, for example.
It is cut with l.
圧電アクチュエータ12の寸法は、全長10mm、幅2
鶴、厚さ0.5 mで、全長5鶴が可動部分であり、残
りの5Nがアクチュエータ取付台1に取り付ける固定部
分である。したがって、圧電アクチエエータ12は、ア
クチュエータ取付台lの上下2面間に収納するように取
り付けられ、その高さが直方体のアクチュエータ取付台
1の高さより小さく、これを基台4に取り付けたとき間
隙が生じるような寸法となっている。The dimensions of the piezoelectric actuator 12 are: total length 10 mm, width 2
The crane has a thickness of 0.5 m, with a total length of 5 cranes being the movable part, and the remaining 5N being the fixed part attached to the actuator mounting base 1. Therefore, the piezoelectric actuator 12 is mounted so as to be housed between the upper and lower surfaces of the actuator mounting base l, and its height is smaller than the height of the rectangular parallelepiped actuator mounting base 1, so that when it is mounted on the base 4, there is no gap. The dimensions are such that it occurs.
圧電材料121の材質としては、圧電歪定数dffl=
200 XIO”(01/V)1 キュリー温度約
200℃のチタン酸ジルコン酸鉛[Pb(Zr−Ti)
Os )を使い、弾性金属板1.を挟んで矩形板状に形
成されている。As for the material of the piezoelectric material 121, the piezoelectric strain constant dffl=
200
Os ) and an elastic metal plate 1. It is formed into a rectangular plate shape with .
電極122は、圧電材料121の面積の大きい両面上に
銀(Ag)の焼き付け1あるいはニッケル(Ni)の無
電解めっきで例えば厚さ3μmの電極122として被覆
したものである。The electrodes 122 are formed by coating both large-area surfaces of the piezoelectric material 121 with silver (Ag) baking 1 or nickel (Ni) electroless plating with a thickness of, for example, 3 μm.
弾性金属板23は、例えば0.1mの厚さのりん青銅(
Sn、 P、 Cu)のようなばね材料によって形成さ
れている。The elastic metal plate 23 is made of phosphor bronze (with a thickness of 0.1 m, for example).
It is made of a spring material such as Sn, P, Cu).
接着剤124は、液垂れを防止するために揺変性(Lh
ixotropic)を備えたエポキシ樹脂と芳香族ア
ミン系の硬化剤を使用する。The adhesive 124 is thixotropic (Lh) to prevent dripping.
ixotropic) and an aromatic amine-based curing agent.
リード線125は、素線数/素線径が710.05mm
の軟鋼撚線にPTFE(Polytetrafluor
oethylene)の絶縁物を被覆した外径0.3
fiのものである。このリード線125の1本は電極1
22と、他の1本は弾性金属板123と圧電アクチュエ
ータ12の固定端12b側で中性のやに入り半田129
によって電気接続されている。そして、リード線125
の一端は貫通孔126から切欠き11の空間外に引き出
されており、接着剤124が充填した貫通孔126内に
固定されている。The lead wire 125 has a number of strands/wire diameter of 710.05 mm.
PTFE (Polytetrafluor) is added to the mild steel stranded wire.
outer diameter 0.3 coated with insulation
It belongs to fi. One of these lead wires 125 is connected to the electrode 1
22, and the other one is a neutral glue solder 129 between the elastic metal plate 123 and the fixed end 12b side of the piezoelectric actuator 12.
electrically connected by. And lead wire 125
One end is drawn out of the space of the notch 11 from the through hole 126, and is fixed in the through hole 126 filled with adhesive 124.
短絡用金属膜127は、弾性金属板123と接触しない
ように画電極122に跨がって例えば恨(Ag)の焼き
付けやニッケル(Ni)の無電解めっきで被覆したもの
である。The short-circuiting metal film 127 is coated over the picture electrode 122 by baking Ag or electroless plating with nickel (Ni) so as not to come into contact with the elastic metal plate 123 .
絶縁キャップ128は、圧電アクチュエータ12を動作
させる電圧が短絡用金属膜127.接触点2at試料台
2.導電性接着剤5を経て試料3に電気漏洩しないよう
に、短絡用金属膜127上に形成された電気絶縁物であ
る。これは、例えば電子機器用のエポキシ樹脂のような
電気絶縁性の良い材質を短絡用金属膜127上に被覆さ
れる。The insulating cap 128 is connected to the short-circuiting metal film 127 . Contact point 2at sample stage 2. This is an electrical insulator formed on the shorting metal film 127 to prevent electrical leakage to the sample 3 via the conductive adhesive 5. This is done by coating the shorting metal film 127 with a material having good electrical insulation, such as epoxy resin for electronic equipment.
試料台2は、アクチュエータ取付台1と比較して重量、
基台4との接触面積を小さくしている。The sample stand 2 has a lower weight than the actuator mounting stand 1.
The contact area with the base 4 is reduced.
例えば直方体の形状でアルニコ8を使い、高さ2鶴、長
さ5鶴2幅4鰭の寸法とし、その重量はアクチュエータ
取付台lのl/9.接触面積は1/3である。アクチュ
エータ取付台1.試料台2および基台4が互いに接触す
る面の表面粗さは、例えば約BS(JIS B 060
1)としである。For example, it uses Alnico 8 in the shape of a rectangular parallelepiped, and has dimensions of height 2, length 5, width 4, and its weight is 1/9 of the actuator mounting base 1. The contact area is 1/3. Actuator mounting base 1. The surface roughness of the surface where the sample stage 2 and the base 4 contact each other is, for example, about BS (JIS B 060
1) It is Toshishita.
試料3は、例えば銀(Ag)粉を分散、混入したエポキ
シ樹脂で体積抵抗104(Ω値)、イオン濃度がNa
2(ppm)で導電性がよく、かつ剪断力が320(k
g/cj)で接着力が大きい導電性接着剤5によって試
料台2上に固定されている。Sample 3 is, for example, an epoxy resin in which silver (Ag) powder is dispersed and mixed, and has a volume resistance of 104 (Ω value) and an ion concentration of Na.
2 (ppm), has good conductivity, and has a shearing force of 320 (k).
g/cj) and is fixed onto the sample stage 2 with a conductive adhesive 5 having a large adhesive force.
基台4の材質としては、熱膨張係数が小さいため走査型
トンネル顕微鏡の構成材料として器用されており、強磁
性体でもある例えば温度30〜100℃で熱膨張係数が
2 xlOh(1/ ’c)以下のインパール(Pa:
64%、Ni:32%、Co:5%)、あるいは温度3
0〜100℃で熱膨張係数が1.3 xlO’(1/
’c)以下のスーパ・インパール(Fe:63%、Ni
:32%、Co:5%)とする。The material of the base 4 has a small coefficient of thermal expansion, so it is useful as a constituent material of scanning tunneling microscopes, and it is also a ferromagnetic material, for example, a material with a coefficient of thermal expansion of 2xlOh (1/'c) at a temperature of 30 to 100°C. ) below Imphal (Pa:
64%, Ni: 32%, Co: 5%) or temperature 3
The thermal expansion coefficient is 1.3 xlO' (1/
'c) Super Imphal (Fe: 63%, Ni
:32%, Co:5%).
探針6は、直径0.25鶴のタングステン(−)や白金
・イリジウム合金(Pt:90%、 Ir:10%)の
ワイヤの先端を機械加工あるいは電解研磨で尖鋭状に形
成されている。この探針6は、図示しない円筒形圧電素
子の一端に取り付けられており、先端が三次元(XYZ
)走査し得るように構成されている。The probe 6 is formed into a sharp tip by machining or electropolishing the tip of a tungsten (-) or platinum-iridium alloy (Pt: 90%, Ir: 10%) wire with a diameter of 0.25 mm. This probe 6 is attached to one end of a cylindrical piezoelectric element (not shown), and its tip is three-dimensional (XYZ
) is configured to be able to scan.
このように構成された走査型トンネル顕微鏡の試料微小
滑動装置の走査は次に示すように行われる。Scanning of the sample microsliding device of the scanning tunneling microscope configured as described above is performed as follows.
先ず、探針6の先端下方に試料3が位置するように試料
台2を基台4上に吸着させる。First, the sample stage 2 is attracted onto the base 4 so that the sample 3 is positioned below the tip of the probe 6.
次に、試料台2の方にアクチュエータ取付台1を、両部
材1,2の間隔を実体顕微鏡で観察しながら、例えばピ
ッセットの先によって、精密を期するときは差動マイク
ロメータの先で付き動かしてにしり寄せる。そして、圧
電アクチュエータ12の最先端の絶縁キャップ128と
試料台2を接触させておくか、接触直前の配置状態にし
ておく。Next, place the actuator mounting base 1 on the sample stage 2, and while observing the distance between both members 1 and 2 using a stereomicroscope, mount the actuator mounting base 1 on the sample stage 2 with the tip of a pisset, or for precision, use the tip of a differential micrometer. Move and squeeze. Then, the most advanced insulating cap 128 of the piezoelectric actuator 12 and the sample stage 2 are kept in contact with each other, or placed in a state immediately before contact.
しかる後、走査型トンネル顕微鏡としての通常の走査を
行う。すなわち、試料3と探針6との間にトンネル電流
を得るためのバイアス電圧を印加し、探針6を二次元(
XY)走査しつつ、トンネル電流が一定すなわち探針6
の先端と試料3面間の距離が一定となるように探針6の
先端をZ方向で制御する。これらXY定走査Z方向制御
量によって例えばCRTを用いて凹凸状態を表示し、試
料3の表面形状を観測する。After that, normal scanning as a scanning tunneling microscope is performed. That is, a bias voltage is applied between the sample 3 and the probe 6 to obtain a tunnel current, and the probe 6 is moved in two dimensions (
XY) While scanning, the tunnel current is constant, that is, the probe 6
The tip of the probe 6 is controlled in the Z direction so that the distance between the tip and the surface of the sample 3 is constant. The surface shape of the sample 3 is observed by displaying the uneven state using, for example, a CRT using these XY constant scanning and Z direction control amounts.
そして、二次元(XY)走査寸法範囲を越えて試料3の
表面形状を観測したいときには、図では圧電アクチュエ
ータ12の自由端12aが右方向へ変位する電気極性で
リード線125へ直流電圧を印加し、自由端12aと共
に絶縁キャップ128を右方向の矢印P方向に変位させ
る。そうするとアクチュエータ取付台1は動かないが、
試料台2は絶縁キャンプ128との接触点2aを介して
駆動力を受け、基台4上を滑動して試料台2と共に試料
3も移動し、探針6の先端直下の試料3の位置が矢印S
方向に移動する。・すなわち、試料3の観察箇所を移動
させることができる。When it is desired to observe the surface shape of the sample 3 beyond the two-dimensional (XY) scanning dimension range, a DC voltage is applied to the lead wire 125 with an electric polarity that causes the free end 12a of the piezoelectric actuator 12 to displace to the right in the figure. , displaces the insulating cap 128 together with the free end 12a in the rightward direction of arrow P. Then, actuator mounting base 1 will not move, but
The sample stage 2 receives a driving force through the contact point 2a with the insulating camp 128, slides on the base 4, and the sample 3 moves together with the sample stage 2, so that the position of the sample 3 directly below the tip of the probe 6 is adjusted. Arrow S
move in the direction. - That is, the observation point of the sample 3 can be moved.
ここで、圧電アクチュエータ12への印加電圧を例えば
O〜100vと変えることにより、絶縁キャップ128
を0−14μ曽で変位させることができる。Here, by changing the voltage applied to the piezoelectric actuator 12, for example, from O to 100v, the insulating cap 128
can be displaced by 0-14μ so.
通常、探針6の先端直下に位置する試料3の移動変位量
は、回転成分があるので、絶縁キャップ128の変位量
そのものとはならない。しかし、仮に1/100の減少
率の変位量となったとしても0〜14μs+(0〜14
0n*)であり、CRT等の表示装置で個々の原子配置
(原子間隔が凡そ十分の数nm)を識別して観察し、こ
の最初の観察位置から少し離れた箇所を観察したいとき
には十分な移動となる。Normally, the amount of displacement of the sample 3 located directly below the tip of the probe 6 has a rotational component, so it is not the amount of displacement of the insulating cap 128 itself. However, even if the displacement decreases at a rate of 1/100, 0 to 14 μs + (0 to 14
0n*), and if you want to identify and observe individual atomic arrangements (atomic spacing is approximately a few tenths of a nanometer) with a display device such as a CRT, and observe a point a little far from this initial observation position, you can move it sufficiently. becomes.
なお、圧電アクチュエータ12の最先端部の絶縁キャッ
プ128と試料台2を接触させておくか、あるいは接触
直前の配置状態にしておくことが困難なものであれば、
自由端12aが図の左方向へ変位する電気極性でリード
線125に直流電圧を印加し、絶縁キャップ128を矢
印P方向とは反対の左方向へ変位させておいて、両者の
間隔が見極め易い配置状態にしておく。Note that if it is difficult to keep the insulating cap 128 at the leading edge of the piezoelectric actuator 12 in contact with the sample stage 2 or in a state immediately before contact,
A DC voltage is applied to the lead wire 125 with an electric polarity such that the free end 12a is displaced to the left in the figure, and the insulating cap 128 is displaced to the left, opposite to the direction of arrow P, so that the distance between the two can be easily determined. Leave it in place.
また、絶縁キャップ128と試料台2を接触させたまま
で、圧電アクチュエータ12のクリープや温度変化に伴
う観察位置のドリフトが入ってくる虞がある場合には、
絶縁キャップ128を右方向へ変位する電気極性でリー
ドvA125に直流電圧を印加し変位させた後、逆の電
気極性でリード線125に直流電圧を印加して絶縁キャ
ップ128を左方向へ変位させ、絶縁キャンプ128と
試料台2の接触を遮断しておけばよい。In addition, if the insulating cap 128 and the sample stage 2 remain in contact and there is a risk of creep of the piezoelectric actuator 12 or drift of the observation position due to temperature changes,
After applying a DC voltage to the lead vA 125 with an electric polarity that displaces the insulating cap 128 to the right and causing it to be displaced, applying a DC voltage to the lead wire 125 with the opposite electric polarity to displace the insulating cap 128 to the left, It is sufficient to cut off contact between the insulation camp 128 and the sample stage 2.
さらに、この実施例においては、第3図(alに示すよ
うに試料台2を使用せず、試料3を基台4上に直接に載
置し、基台4に固定点を有する試料押え7によって試料
3を押圧して試料微小滑動の機能を発揮させることがで
きる。この応用例としては、例えば同図価)に示すよう
に上面S1が鏡面加工され、かつ下面S2が平均粒径5
μ層の研磨材によるラップ面である、寸法a =12m
、 b=3u+ 、c=0.7鶴のシリコン片の試料
3を用いる。この試料3は、インパールの基台4の表面
粗さ0.BSの台面S、上に載置される。そして、試料
3の奥端からd=3mのA点を直径0.511のピアノ
線で形成されたヘア・ピン形の試料押え7の先端で約8
0gの力によって押圧し、A点よりe w 3 am離
れたF点にFa =10gの駆動力を与えると、試料3
はA点を中心として容易に滑動した。したがって、例示
の圧電アクチエエータ12を25V以上の印加電圧で動
作させることにより、その発生力が絶縁キャップ128
との接触点3aを介して試料3を十分に滑動・移動させ
ることができる。ここで、F点の変位はA点を中心とし
て試料3を回転させるが、既述のように試料微小滑動機
構100としての効果を妨げるものではない。Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. By pressing the sample 3, the function of sample micro-sliding can be exhibited.As an example of this application, for example, as shown in the figure, the upper surface S1 is mirror-finished, and the lower surface S2 has an average grain size of 5.
Dimension a = 12m, which is the surface lapped by the μ layer of abrasive material
, b=3u+, c=0.7 Sample 3 of Tsuru's silicon piece is used. In this sample 3, the surface roughness of the Imphal base 4 was 0. It is placed on the table surface S of the BS. Then, point A, which is d = 3 m from the back end of the sample 3, is held at the tip of the hair pin-shaped sample holder 7 made of piano wire with a diameter of 0.511 by approximately 8.
When pressing with a force of 0 g and applying a driving force of Fa = 10 g to point F, which is e w 3 am away from point A, sample 3
easily slid around point A. Therefore, by operating the exemplary piezoelectric actuator 12 with an applied voltage of 25 V or more, the generated force is increased by the insulating cap 128.
The sample 3 can be sufficiently slid and moved via the contact point 3a. Here, the displacement at point F causes the sample 3 to rotate around point A, but does not impede the effectiveness of the sample micro-sliding mechanism 100 as described above.
さらにまた、試料3の寸法が小さく、探針6の先端周り
の空間が広ければ、第3図(C)に示すように試料台2
上に試料押え7を設け、この試料押え7によって試料3
を試料台2に押圧固定し、試料微小滑動の機能を果たせ
ることができる。この実施例では、試料3を試料台2上
に導電性接着剤5によって固定しなくてもよく、試料押
え7によって試料3を着脱できるから、試料3の交換が
簡単になる。Furthermore, if the size of the sample 3 is small and the space around the tip of the probe 6 is wide, the sample stage 2 can be moved as shown in FIG. 3(C).
A sample holder 7 is provided on the top, and the sample 3 is held by this sample holder 7.
is pressed and fixed to the sample stage 2, and can perform the function of micro-sliding the sample. In this embodiment, it is not necessary to fix the sample 3 on the sample stage 2 with the conductive adhesive 5, and the sample 3 can be attached and detached using the sample holder 7, so that the sample 3 can be easily replaced.
第4図は他の実施例を示す部分断面図と斜視図である。FIG. 4 is a partial sectional view and a perspective view showing another embodiment.
この実施例においては、アクチュエータ取付台1の底面
および試料台2の底面と基台4の上面との表面粗さを変
えることにより、動摩擦係数や磁力による吸着力を変え
である。同図(a)の例では、アクチュエータ取付台1
の底面の表面粗さ粗さ2sを蓮えて・ある。同図(a)
では1組を例示しているが、このように底面の表面粗さ
が異なる複数のアクチュエータ取付台1および試料台2
を準備しておき、適宜選択すれば試料3の寸法2重量に
対応した適切な組み合わせを得ることができる。In this embodiment, by changing the surface roughness of the bottom surface of the actuator mount 1, the bottom surface of the sample stage 2, and the top surface of the base 4, the coefficient of dynamic friction and the attraction force due to magnetic force can be changed. In the example shown in FIG. 2(a), the actuator mounting base
The surface roughness of the bottom surface is 2s. Figure (a)
Although one set is illustrated here, multiple actuator mounting stands 1 and sample stands 2 with different bottom surface roughnesses are used.
If these are prepared and selected appropriately, an appropriate combination corresponding to the dimensions and weight of the sample 3 can be obtained.
また、同図(′b)の例では、探針6の直下の周りで基
台4面上に4s I+ 4sz* 4sx+ 4saと
なるように表面粗さが異なる複数のアクチエエータ取付
台lの吸着箇所が設けられている。この実施例では、ア
クチュエータ取付台lと試料台2の底面および基台4の
面上の適切な表面粗さの組を選択することにより、例え
ば試料台2上に載置する試料3の重量が大きい場合、ア
クチュエータ取付台1が基台4上に強固に固定でき、し
かも試料台2が基台4上を滑動し易くなるような最適条
件を得ることができる。In addition, in the example shown in FIG. 6('b), a plurality of actuator mounts l with different surface roughnesses are suctioned on the surface of the base 4 directly under the probe 6 so that the surface roughness is 4s I + 4sz * 4sx + 4sa. is provided. In this example, by selecting an appropriate set of surface roughness on the actuator mount l, the bottom surface of the sample stage 2, and the surface of the base 4, the weight of the sample 3 placed on the sample stage 2 can be reduced, for example. When the size is large, optimum conditions can be obtained such that the actuator mount 1 can be firmly fixed on the base 4 and the sample stage 2 can easily slide on the base 4.
第5図は他の実施例を示す斜視図である。この実施例で
は、アクチュエータ取付台1の切欠きIIが同図(a)
に示すように開口されており、また同図…)に示すよう
に無いものである。圧電アクチュエータ12はアクチュ
エータ取付台lの上下両面間に収納するように取り付け
られており、外径形状はアクチエエータ取付台1を基台
4に吸着させたとき間隙が生じるような寸法に設定され
ている。アクチュエータ取付台1の基台4との接触面積
が小さくなって、アクチュエータ取付台1の基台4への
吸着力が弱まる場合には、アクチュエータ取付台1の材
質を例えば希土類コバルトfa石のような強力な磁性材
料によって形成することが望ましい。FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment. In this embodiment, the notch II of the actuator mounting base 1 is
As shown in the figure, there is an opening, and as shown in the same figure, there is no opening. The piezoelectric actuator 12 is installed so as to be housed between the upper and lower surfaces of the actuator mount l, and its outer diameter is set to a size that creates a gap when the actuator mount 1 is attracted to the base 4. . If the contact area of the actuator mount 1 with the base 4 becomes small and the suction force of the actuator mount 1 to the base 4 weakens, the material of the actuator mount 1 may be changed to a material such as rare earth cobalt fa stone. It is desirable to form it from a strong magnetic material.
この実施例によれば、アクチュエータ取付台lに対する
圧電アクチュエータ12の取り付けが簡単になる。また
、圧電アクチュエータ12の変位動作を妨げる切欠き始
端11aの近傍や近接部11cのアクチュエータ取付台
1に吸着した磁性体の塵埃を簡単に取り除(ことができ
る。According to this embodiment, the piezoelectric actuator 12 can be easily attached to the actuator mounting base l. Further, it is possible to easily remove magnetic dust that has been attracted to the actuator mounting base 1 in the vicinity of the notch starting end 11a and the proximal portion 11c, which obstructs the displacement operation of the piezoelectric actuator 12.
第6図は他の実施例を示す斜視図である。この実施例で
は、同図+8)に示すように基台4の面側。FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment. In this embodiment, the surface side of the base 4 as shown in +8) in the same figure.
圧電アクチュエータ12の可動部切欠き始端11aおよ
び貫通孔1262の付近を除き、アクチュエータ取付台
1にyX磁板14が設けられている。この遮磁板14は
、例えばミューメタル(Mumetal) (Cu、C
r、Ni)のような高透磁率の材質、厚さ0.1〜0.
2fiのものを使用する。また、遮磁板14の下端と基
台4との間には、アクチュエータ取付台1を基台4に吸
着させたときに間隙が形成されるような寸法に設定され
ている。そして、遮磁板14とアクチュエータ取付台1
とは、接着剤124によって隔離・固定されている。こ
の実施例では、遮磁板14によってアクチュエータ取付
台1からの磁力線を遮蔽することができるから、例えば
第3図(a)、 (b)で説明した構成2すなわち試料
台2を使用せず試料3を基台4の面上に直接に載置した
構成と組み合わせることにより、試料3に対する磁場の
影響を避けることができる。また、塵埃のアクチュエー
タ取付台1への吸着を防止することもできる。さらに、
同図由)に示すように、遮磁板■4によって試料台2を
囲繞し、かつ遮磁板14上に試料3を取り付けることに
より、試料台2を使用する場合も磁場の影響を軽減させ
ることができる。The yX magnetic plate 14 is provided on the actuator mounting base 1 except for the movable part notch starting end 11a of the piezoelectric actuator 12 and the vicinity of the through hole 1262. This magnetic shielding plate 14 is made of, for example, Mumetal (Cu, C
High permeability material such as Ni), thickness 0.1~0.
Use the 2fi one. Further, the dimensions are set such that a gap is formed between the lower end of the magnetic shielding plate 14 and the base 4 when the actuator mounting base 1 is attracted to the base 4. Then, the magnetic shielding plate 14 and the actuator mounting base 1
are separated and fixed by an adhesive 124. In this embodiment, since the magnetic field lines from the actuator mounting base 1 can be shielded by the magnetic shielding plate 14, for example, the structure 2 explained in FIGS. 3 is placed directly on the surface of the base 4, the influence of the magnetic field on the sample 3 can be avoided. Further, adsorption of dust to the actuator mounting base 1 can also be prevented. moreover,
As shown in Figure 1), by surrounding the sample stage 2 with a magnetic shielding plate 4 and mounting the sample 3 on the magnetic shielding plate 14, the influence of the magnetic field can be reduced even when the sample stage 2 is used. be able to.
第7図は他の実施例を示す局部平面図である。FIG. 7 is a partial plan view showing another embodiment.
この実施例では、同図fa)に示すように、圧電アクチ
ュエータ12に取り付けられた絶縁キャップ128にお
いて、試料台2と接触させる部分の俯観形状で例えばコ
字状、Y字状の凹部128a、が形成されている。この
凹部128a、内に試料台2の角部を入れて使用される
。同図(b)では、試料台2の一部に凹部128a、内
に臨む凸部2a+が形成されている。In this embodiment, as shown in figure fa), in the insulating cap 128 attached to the piezoelectric actuator 12, the portion that comes into contact with the sample stage 2 has a recess 128a shaped like a U-shape or a Y-shape when viewed from above, for example. is formed. This recess 128a is used by placing the corner of the sample stage 2 inside it. In FIG. 2B, a recess 128a and a convex portion 2a+ facing inward are formed in a part of the sample stage 2.
同図(C)では、絶縁キャップ12Bであって試料台2
を接触させる部分に円筒形1球形の凹部128a!が形
成されており、試料台2の一部には凹部12Baz内に
臨む円筒形、球形の凸部2atが形成されている。これ
らの実施例では、アクチュエータ取付台lと試料台2と
の間に遊びを小さいものに設定することができる。なお
、これらの実施例においては凸部および凹部を試料台2
と絶縁キャップ128に形成する例を示したが、同図(
d)に示すように入れ替えてもよい。また、絶縁キャッ
プ128の材質として、例えば電気絶縁物で非磁性のマ
コールのように機械加工が可能なセラミックを用いると
、外径寸法2〜3鶴のものに凸部と凹部をtS〜2Sの
表面仕上げで絶縁キャップ128を簡単に製作すること
ができる。さらに、同図(d)に示すように、凸部と凹
部との間に例えばペルフルオロポリエーテル(Perf
1uoropolyether)のバインダと弗素樹
脂の増稠剤からなる潤滑剤128Lを介在させることに
より、絶縁キャップ128の変位を円滑に試料台2に伝
達することができる。In the same figure (C), the insulating cap 12B is the sample stage 2.
A cylindrical and a spherical concave portion 128a! A cylindrical, spherical protrusion 2at facing into the recess 12Baz is formed in a part of the sample stage 2. In these embodiments, the play between the actuator mounting base l and the sample stage 2 can be set to be small. In addition, in these examples, the convex portion and the concave portion are connected to the sample stage 2.
Although an example in which this is formed on the insulating cap 128 is shown, the same figure (
They may be replaced as shown in d). In addition, if a machinable ceramic material such as Macor, which is an electrical insulator and non-magnetic material, is used as the material of the insulating cap 128, the convex portion and the concave portion can be formed on the outer diameter of 2 to 3 mm. The insulating cap 128 can be easily manufactured by surface finishing. Further, as shown in FIG. 2(d), for example, perfluoropolyether (Perf.
The displacement of the insulating cap 128 can be smoothly transmitted to the sample stage 2 by interposing the lubricant 128L made of a binder of 100% polyurethane and a thickener of fluororesin.
以上に示す実施例では、圧電アクチエエータ12として
比較的大きい変位を容易に得易い板状のバイモルフ型の
ものを使用したが、本発明は他の積層型の圧電アクチュ
エータ12でもよく、また棒。In the embodiments described above, a plate-shaped bimorph type piezoelectric actuator 12 that can easily obtain a relatively large displacement was used as the piezoelectric actuator 12, but the present invention may be applied to other laminated type piezoelectric actuators 12, or a bar type piezoelectric actuator 12.
円筒形状の圧電材料121を“用いた伸縮の変位方向が
棒1円筒の中心軸方向となる圧電アクチュエータ12で
もよい、これらの場合でも、絶縁キャップ128の変位
によって試料3を微小滑動させることができる。The piezoelectric actuator 12 may be a piezoelectric actuator 12 using a cylindrical piezoelectric material 121 in which the displacement direction of expansion and contraction is in the direction of the central axis of the rod 1 cylinder. Even in these cases, the sample 3 can be caused to minutely slide by displacement of the insulating cap 128. .
以上説明したように本発明によれば、磁性体によって形
成され試料を移動自在に保持する基台を備え、この基台
上に永久磁石からなるアクチュエータ取付台を吸着し、
このアクチュエータ取付台に試料を微小移動させる圧電
アクチュエータを取り付けたので、観測の分解能を高く
維持しつつ試料の観測箇所を他の観測箇所に移すことが
できる。また、二次元走査のための圧電素子に印加する
駆動電圧を上限値内の電圧にすることができるから、圧
電素子に対する特別の電気絶縁強化は不必要であり、走
査の非対称、非直線性による試料表面の観察像の歪み等
が現れることがない。さらに、アクチュエータ取付台の
取り付けが吸着によるものであるから、その取り付けを
簡単に行うことができる。さらにまた、圧電素子で微小
滑動させているから、ミクロな試料移動が可能となり、
試料装着のやり直しが少なくて済む。この他′、圧電ア
クチュエータの変位方向を電極極性で変えられるから、
試料と圧電アクチュエータの間隔設定。As explained above, according to the present invention, the base is formed of a magnetic material and holds the sample in a movable manner, and the actuator mount made of a permanent magnet is attracted onto the base.
Since a piezoelectric actuator that moves the sample minutely is attached to this actuator mount, it is possible to move the observation point of the sample to another observation point while maintaining high observation resolution. In addition, since the driving voltage applied to the piezoelectric element for two-dimensional scanning can be kept within the upper limit, there is no need for special reinforcement of electrical insulation for the piezoelectric element, and asymmetry and nonlinearity of scanning can be avoided. No distortion or the like appears in the observed image of the sample surface. Furthermore, since the actuator mounting base is attached by suction, it can be easily attached. Furthermore, since the piezoelectric element is used for microscopic sliding, microscopic sample movement is possible.
There is less need to re-attach the sample. In addition, since the displacement direction of the piezoelectric actuator can be changed by changing the electrode polarity,
Setting the distance between the sample and piezoelectric actuator.
機械的な切り離しが容易である。Mechanical separation is easy.
第1図は本発明に係る走査型トンネル顕微鏡の試料微小
滑動装置の一実施例を簡略にして示す斜視図、第2図+
8)および(b)は本発明に係る走査型トンネル顕微鏡
の試料微小滑動装置を示す斜視図とその使用例を示す斜
視図、第3図〜第7図は他の実施例と応用例を示す斜視
図と部分断面図である。
1・・・・アクチュエータ取付台、2・・・・試料台、
3・・・・試料、4・・・・基台、12・・・・圧電ア
クチュエータ。
代 理
人 大岩増雄
第 1 図
ア
第3図(Q)
第
図
(α)
(b)
第
図
(a)
(b)
第
図
(b)
第
図
手
続
補
正
書
(自発)
1、事件の表示
特願昭
63−224205号
2、発明の名称
走査型トンネル顕微鏡の試料微小滑動装置3、補正をす
る者
5、補正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄
6、補正の内容
+11 明細書8頁18行の「無負商学」を「無負荷
時」と補正する。
(2) 同書中、下記の箇所のr−200XIO”
Jをr−200Xl0−” Jと補正する。
9頁4行、13頁16行。
(3)同書9頁6行の「μ鶴」を「μm」と補正する。
(4)同書13頁18行の「弾性金属板、23」を「弾
性金属板123」と補正する。
(5)同書14頁4行の「弾性金属板23」を「弾性金
属板123」と補正する。
(6) 同書15頁18行の「8S」をro、8sJ
と補正する。
(7) 同書同頁20行のrlO’Jをrlo−’J
と補正する。
(8) 同書16頁1行のrNa 2(ppm) J
をrNa”2(ppm)、 Cj!−3<pps+)
Jと補正する。
同書同頁7行のr2 XIO’ (1/ ’C) Jを
Xl0−’ (/ ’C) Jと補正する。
同書同頁8行のr (Fe:63%、Ni:32%、C
o:5をr (Fe:64%、Ni:36%)」と補正
する。
同書同頁9行のrl、3 xlO”(1/ ’c) j
をxlO−”(/”c) Jと補正する。
同書18頁17行−器行の「O〜14」を[0〜と補正
する。
「2
αψ
%) 」
[1,3
0.14J
以 上Fig. 1 is a simplified perspective view of an embodiment of the sample micro-sliding device for a scanning tunneling microscope according to the present invention, and Fig. 2+
8) and (b) are perspective views showing a sample microsliding device for a scanning tunneling microscope according to the present invention and perspective views showing examples of its use, and FIGS. 3 to 7 show other embodiments and application examples. They are a perspective view and a partial sectional view. 1...Actuator mounting stand, 2...Sample stand,
3...sample, 4...base, 12...piezoelectric actuator. Agent Masuo Oiwa Figure 1 Figure A Figure 3 (Q) Figure (α) (b) Figure (a) (b) Figure (b) Written amendment to figure procedures (voluntary) 1. Special indication of the case Application No. 63-224205 2, Name of the invention, Sample micro-sliding device for scanning tunneling microscope 3, Person making the amendment 5, Column 6 for detailed explanation of the invention in the specification to be amended, Contents of the amendment + 11 Specification 8 Correct "No negative business" on page 18 line to "No load". (2) “r-200XIO” in the following part of the same book.
Correct J to r-200Xl0-” J. Page 9, line 4, page 13, line 16. (3) Correct “μtsuru” on page 9, line 6 of the same book to “μm”. (4) "Elastic metal plate, 23" on page 13, line 18 of the same book is corrected to "elastic metal plate 123." (5) "Elastic metal plate 23" in line 4 on page 14 of the same book is corrected to "elastic metal plate 123." (6) “8S” on page 15, line 18 of the same book is ro, 8sJ
and correct it. (7) rlO'J on line 20 of the same page in the same book as rlo-'J
and correct it. (8) Same book, page 16, line 1, rNa 2 (ppm) J
rNa”2 (ppm), Cj!-3<pps+)
Correct it with J. Correct r2 Same book, same page, line 8 r (Fe: 63%, Ni: 32%, C
o:5 is corrected as r (Fe: 64%, Ni: 36%). Same book, same page, line 9 rl, 3 xlO” (1/ 'c) j
is corrected as xlO-”(/”c) J. Same book, page 18, line 17 - Correct ``O~14'' in line 17 to [0~. "2 αψ%)" [1,3 0.14J or more
Claims (1)
を備え、この基台上に永久磁石からなるアクチュエータ
取付台を吸着し、このアクチュエータ取付台に前記試料
を微小移動させる圧電アクチュエータを取り付けたこと
を特徴とする走査型トンネル顕微鏡の試料微小滑動装置
。A base made of a magnetic material for movably holding a sample is provided, an actuator mount made of a permanent magnet is attracted to the base, and a piezoelectric actuator for minutely moving the sample is attached to the actuator mount. A specimen micro-sliding device for a scanning tunneling microscope featuring:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22420588A JPH02222802A (en) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Sample fine slider for scan type tunnel microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22420588A JPH02222802A (en) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Sample fine slider for scan type tunnel microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02222802A true JPH02222802A (en) | 1990-09-05 |
Family
ID=16810171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22420588A Pending JPH02222802A (en) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Sample fine slider for scan type tunnel microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02222802A (en) |
-
1988
- 1988-09-07 JP JP22420588A patent/JPH02222802A/en active Pending
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