JPH02222802A - 走査型トンネル顕微鏡の試料微小滑動装置 - Google Patents

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。

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。

（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。

（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。

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、。

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。

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
。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

〔作　用〕

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。

〔実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

したがって、試料３を含めた試料台２の重量。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第４図は他の実施例を示す部分断面図と斜視図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第７図は他の実施例を示す局部平面図である。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

機械的な切り離しが容易である。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   。