JPH04264203A - 走査型トンネル顕微鏡 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、簡易、小型の走査型ト
ンネル顕微鏡（ＳＴＭ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、走査型トンネル顕微鏡は、試料
と探針との間に電圧を印加し、両者間に流れるトンネル
電流が一定となるように探針を走査することにより、試
料表面の形状を観察する。

【０００３】従来、このような走査型トンネル顕微鏡に
は、図２に示す構成のものがある。この走査型トンネル
顕微鏡では、基台ａ上に支持台ｂが載置され、この支持
台ｂに粗動調整用のピンｃがたとえば３本ねじ止めされ
（１本は図示省略）、これらのピンｃ上にヘッド部材ｄ
が載置されてピンｃによる３点支持構造となっている。 そして、ヘッド部材ｄには、探針ｅを試料ｓに向かうＺ
軸方向（上下方向）とこれに直交するＸ軸、Ｙ軸方向（
水平方向）にそれぞれ駆動するピエゾ素子からなる微動
ユニットｆが固定されている。また、前記ピンｃの一つ
にはステップモータｇが接続されている。

【０００４】この構成において、予め探針ｅの位置調整
のため、３本の各ピンｃを上下動させて、探針ｅが試料
ｓに対してある程度の距離まで近付くようにする。

【０００５】その後、ステップモータｇを駆動してこれ
に対応する一つのピンｃを下方に移動させて探針ｅを試
料ｓに対してさらに接近させる。そして、試料ｓと探針
ｅとの間にトンネル電流が流れる距離まで両者ｅ，ｓの
間隔が縮まればステップモータｇの回転を停止する。

【０００６】次に、微動ユニットｆを駆動することによ
り、試料ｓに対して探針ｅをＸ軸、Ｙ軸方向に走査しな
がら、トンネル電流が一定となるように探針ｅのＺ軸方
向の変位を制御して試料ｓ表面の情報を得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上記
構成のものでは、支持台ｂから突出させたピンｃにより
ヘッド部材ｄを支持する構造となっているため、試料ｓ
は各ピンｃに引っ掛からない形状のものでなくてはなら
ず、試料ｓの面積が大きなものでは観察ができない。

【０００８】また、前述したように、試料ｓに対する探
針ｅ位置の粗調整のためには、各ピンｃを上下動させた
り、ステップモータｇによるピンｃの駆動等の調整機構
が必要であり、装置全体が比較的大型になるという不都
合があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するためになされたものであって、試料の形状の
制約を受けることなく、試料表面を観察することができ
、また、試料に対する探針位置の粗調整も簡単に行えて
、しかも、装置全体が小型化することを目的とする。

【００１０】そのため、本発明の走査型トンネル顕微鏡
では、略筒状の粗動ユニットを有し、この粗動ユニット
には、微動ユニットが上下動可能に取り付けられ、この
微動ユニットの先端部に探針が固定されており、粗動ユ
ニットは、微動ユニットの固定用の取付枠と、この取付
枠を支持する支持体とからなり、この支持体が上下方向
に伸縮するピエゾ素子で構成されている。

【００１１】

【作用】上記構成において、試料の観察時において、試
料の面積が大きなものでは、試料上に本発明の走査型ト
ンネル顕微鏡を直接載置する。逆に、試料の面積、形状
が小さなものでは、たとえばマウント等に試料を両者が
同一面となるように固定して、このマウント上に走査型
トンネル顕微鏡を載置する。

【００１２】走査型トンネル顕微鏡の載置後は、試料と
探針との間のトンネル電流の有無をモニタしながら、粗
動ユニットの支持枠を構成するピエゾ素子を駆動して支
持体を縮め、トンネル電流が流れるのを検出すれば、支
持体の縮みを停止させることにより粗調整が完了する。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る走査型トンネ
ル顕微鏡の縦断面図である。

【００１４】この実施例の走査型トンネル顕微鏡１は、
略筒状の粗動ユニット４を有し、この粗動ユニット４に
は、微動ユニット６が上下動可能に取り付けられ、この
微動ユニット６の先端部に探針８が固定されて構成され
ている。

【００１５】上記の粗動ユニット４は、微動ユニット６
の取付用の円筒状の取付枠１０と、この取付枠１０を支
持する円筒状の支持体１２とからなる。そして、取付枠
１０の内周部に微動ユニット６を捩込むためのねじ部１
０ａが形成されており、また、支持体１２は上下方向に
伸縮するピエゾ素子で構成されている。さらに、この支
持体１２の下部の左右対向位置には、光通過孔１２ａ，
１２ｂが形成されている。

【００１６】微動ユニット６は、探針８をＺ軸方向（上
下方向）とこれに直交するＸ軸、Ｙ軸方向（水平方向）
にそれぞれ駆動するピエゾ素子を備えた微動機構部６ａ
と、この微動機構部６ａの固定ベース６ｂと、この固定
ベース６ｂの上部に設けられた調整つまみ６ｃとからな
る。

【００１７】一方、３は探針８の上下位置を予め調整す
るための調整治具であり、粗動ユニット４の外側に嵌合
される外枠２を有し、この外枠２の下部左右の対向位置
には、探針粗動位置検出用のレーザダイオード等からな
る発光素子１４とフォトトランジスタ等の受光素子１６
とがそれぞれ取り付けられている。さらに、外枠２の前
記発光素子１４と受光素子１６とを結ぶ軸線位置にそれ
ぞれ光通過孔２ａ，２ｂが形成されている。これらの発
光素子１４、受光素子１６、および光通過孔２ａ，２ｂ
、および前記支持体１２に形成された光通過孔１２ａ，
１２ｂの形成位置は、支持体１２を構成するピエゾ素子
の最大伸縮量により決定される。なお、ｓは試料である
。

【００１８】上記構成において、予め探針８の位置調整
を行うには、調整治具３を粗動ユニット４の外側に嵌合
した後、発光素子１４を点灯する。そして、微動ユニッ
ト６の調整つまみ６ｃを回して探針８を下方に移動させ
る。探針８がある程度の距離まで下がると、発光素子１
４からの光が探針８により遮断されるため、受光素子１
６からの検出出力がなくなるので、これによって、探針
８の初期調整が完了する。その後は、調整治具３を走査
型トンネル顕微鏡１から取り外す。

【００１９】試料ｓ表面を観察する際には、試料ｓの面
積が大きなものでは、図示のように、試料ｓ上に本発明
の走査型トンネル顕微鏡１の全体を直接載置する。また
、試料ｓの面積、形状が小さなものでは、たとえばマウ
ント等に試料ｓを同一面となるように固定して、このマ
ウント上に走査型トンネル顕微鏡１を載置する。

【００２０】走査型トンネル顕微鏡１の載置後は、試料
ｓと探針８との間のトンネル電流の有無をたとえばコン
トローラ等によってモニタしながら粗動ユニット４の支
持体１２を構成するピエゾ素子を駆動することにより、
支持体１２を徐々に縮めて探針８を試料ｓに接近せさ、
トンネル電流が検出されれば、支持枠１２の縮みを停止
させる。これにより、粗調整が完了する。

【００２１】上記粗調整の後は、コントローラ１８で微
動ユニット６を駆動することにより、試料ｓに対して探
針８をＸ軸、Ｙ軸方向に走査しながら、トンネル電流が
一定となるように探針８のＺ軸方向の変位を制御して試
料ｓ表面の情報を得る。

【００２２】なお、上記の実施例では、支持体１２を円
筒状のものとしているが、これに限定されるものではな
く、たとえば、３本の棒状のピエゾ素子を用いて取付枠
１０を３点支持するように構成することもできる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００２４】（１）走査型トンネル顕微鏡の全体を試料
上に載置できるので、試料の面積が大きなものでもその
制約を受けることなく、表面観察を行うことが可能とな
る。

【００２５】（２）試料に対する探針の位置調整をピエ
ゾ素子により行うので、調整機構が簡単になり、小型化
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る走査型トンネル顕微鏡の
縦断面図である。

【図２】従来の走査型トンネル顕微鏡の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１…走査型トンネル顕微鏡、２…外枠、４…粗動ユニッ
ト、６…微動ユニット、８…探針、１０…取付枠、１２
…支持体、１４…発光素子、１６…受光素子、ｓ…試料
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　略筒状の粗動ユニット（４）を有し、
   この粗動ユニット（４）には、微動ユニット（６）が上
   下動可能に取り付けられ、この微動ユニット（６）の先
   端部に探針（８）が固定されており、前記粗動ユニット
   （４）は、前記微動ユニット（６）の固定用の取付枠（
   １０）と、この取付枠（１０）を支持する支持体（１２
   ）とからなり、この支持体（１２）が上下方向に伸縮す
   るピエゾ素子で構成されていることを特徴とする走査型
   トンネル顕微鏡。