JPH04265803A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH04265803A JPH04265803A JP3027286A JP2728691A JPH04265803A JP H04265803 A JPH04265803 A JP H04265803A JP 3027286 A JP3027286 A JP 3027286A JP 2728691 A JP2728691 A JP 2728691A JP H04265803 A JPH04265803 A JP H04265803A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- block
- directions
- frame
- deep needle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流を利用し
て試料表面の凸凹を測定する走査型トンネル顕微鏡に関
する。
て試料表面の凸凹を測定する走査型トンネル顕微鏡に関
する。
【０００２】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡というのは、トン
ネル電流を利用した測定装置である。鋭い先端を有した
金属の深針をシリコン結晶等の試料表面に１ｎｍ（ナノ
メートル）程度にまで近づけ、その深針と試料との間に
数ミリボルト〜数ボルトのバイアス電圧を加えると、そ
の間にはトンネル電流が流れる。トンネル電流は、深針
と試料表面との間の距離に大きく依存し、このトンネル
電流が一定になるように深針の位置を制御すれば、その
制御信号を利用して試料表面の高さを測定することがで
きる。そしてその深針を試料表面に沿ってＸ方向及び、
Ｙ方向に走査することにより、試料表面の３次元的画像
を得ることができる。
ネル電流を利用した測定装置である。鋭い先端を有した
金属の深針をシリコン結晶等の試料表面に１ｎｍ（ナノ
メートル）程度にまで近づけ、その深針と試料との間に
数ミリボルト〜数ボルトのバイアス電圧を加えると、そ
の間にはトンネル電流が流れる。トンネル電流は、深針
と試料表面との間の距離に大きく依存し、このトンネル
電流が一定になるように深針の位置を制御すれば、その
制御信号を利用して試料表面の高さを測定することがで
きる。そしてその深針を試料表面に沿ってＸ方向及び、
Ｙ方向に走査することにより、試料表面の３次元的画像
を得ることができる。
【０００３】この深針の移動は非常に正確に行われなく
てはならずアクチュエータとして圧電素子が用いられる
。
てはならずアクチュエータとして圧電素子が用いられる
。
【０００４】以下、従来の走査型トンネル顕微鏡の第１
実施例について図２を参照して説明する。図に示すよう
に、一端がフレーム１０に連結され他端がブロック１１
に連結されＸ方向に伸縮するＸ方向圧電素子１２と、一
端が前記フレーム１０に連結され他端が前記ブロック１
１に連結されＹ方向に伸縮するＹ方向圧電素子１３と、
Ｘ，Ｙの２方向と同様に一端が前記フレーム１０に連結
され他端が前記ブロック１１に連結されＺ方向に伸縮す
るＺ方向圧電素子１４と、前記ブロック１１に連結され
た、深針１５または深針１５を保持する部材１６によっ
て構成されており、深針１５はＸ，Ｙ，Ｚのどの方向に
も同じように駆動される。
実施例について図２を参照して説明する。図に示すよう
に、一端がフレーム１０に連結され他端がブロック１１
に連結されＸ方向に伸縮するＸ方向圧電素子１２と、一
端が前記フレーム１０に連結され他端が前記ブロック１
１に連結されＹ方向に伸縮するＹ方向圧電素子１３と、
Ｘ，Ｙの２方向と同様に一端が前記フレーム１０に連結
され他端が前記ブロック１１に連結されＺ方向に伸縮す
るＺ方向圧電素子１４と、前記ブロック１１に連結され
た、深針１５または深針１５を保持する部材１６によっ
て構成されており、深針１５はＸ，Ｙ，Ｚのどの方向に
も同じように駆動される。
【０００５】次に、従来の走査型トンネル顕微鏡の第２
実施例を図３〜図５を参照しながら説明する。図に示す
ように、深針２１が、Ｚ方向に伸縮する圧電素子２２を
介して中央ブロック２３に取り付けられておりＺ方向圧
電素子２２を伸縮させれば深針をＺ方向に駆動させるこ
とができ、またＺ方向圧電素子２４，２５２６，２７を
伸縮させればＸ−Ｚ方向可動ブロック２８，２９及びＹ
−Ｚ方向可動ブロック３０，３１が同時にＺ方向に移動
し、中央ブロック２３もＺ方向に移動するので、このよ
うにして深針をＺ方向に駆動させることもできる。また
、Ｘ方向圧電素子３２，３３，３４，３５，３６，３７
を伸縮させれば、Ｘ方向可動ブロック３８，３９及びＸ
−Ｚ方向可動ブロック２８，２９とともに中央ブロック
２３が同時に同量だけＸ方向に移動し、従って深針がＸ
方向に駆動される。また、Ｙ方向圧電素子４０，４１，
４２，４３，４４，４５を伸縮させれば、同様にして深
針がＹ方向に駆動される。このようにして深針をＸ，Ｙ
，Ｚの各方向に駆動できるようになっている。図中４６
，４７，４８，４９は固定ブロック、５０はフレームを
示す。
実施例を図３〜図５を参照しながら説明する。図に示す
ように、深針２１が、Ｚ方向に伸縮する圧電素子２２を
介して中央ブロック２３に取り付けられておりＺ方向圧
電素子２２を伸縮させれば深針をＺ方向に駆動させるこ
とができ、またＺ方向圧電素子２４，２５２６，２７を
伸縮させればＸ−Ｚ方向可動ブロック２８，２９及びＹ
−Ｚ方向可動ブロック３０，３１が同時にＺ方向に移動
し、中央ブロック２３もＺ方向に移動するので、このよ
うにして深針をＺ方向に駆動させることもできる。また
、Ｘ方向圧電素子３２，３３，３４，３５，３６，３７
を伸縮させれば、Ｘ方向可動ブロック３８，３９及びＸ
−Ｚ方向可動ブロック２８，２９とともに中央ブロック
２３が同時に同量だけＸ方向に移動し、従って深針がＸ
方向に駆動される。また、Ｙ方向圧電素子４０，４１，
４２，４３，４４，４５を伸縮させれば、同様にして深
針がＹ方向に駆動される。このようにして深針をＸ，Ｙ
，Ｚの各方向に駆動できるようになっている。図中４６
，４７，４８，４９は固定ブロック、５０はフレームを
示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら走査型ト
ンネル顕微鏡における、Ｘ，Ｙの２方向の動きとＺ方向
の動きは使用目的が異なり、Ｘ，Ｙの２方向は測定物を
走査するために使用されＺ方向はトンネル電流を検出し
て、その位置での測定物の高さを測定するために使用さ
れる。そのためＺ方向に要求される応答性はＸ，Ｙ方向
に比べて高く、図２の従来の走査型トンネル顕微鏡の第
１実施例の方式ではＸ，Ｙ，Ｚのいかなる方向について
も１つの圧電素子は他の２方向の圧電素子により拘束さ
れて負荷をかけられた状態で駆動されるため応答性が悪
く、Ｚ方向に必要な応答性を満足させ得ないという課題
を有していた。
ンネル顕微鏡における、Ｘ，Ｙの２方向の動きとＺ方向
の動きは使用目的が異なり、Ｘ，Ｙの２方向は測定物を
走査するために使用されＺ方向はトンネル電流を検出し
て、その位置での測定物の高さを測定するために使用さ
れる。そのためＺ方向に要求される応答性はＸ，Ｙ方向
に比べて高く、図２の従来の走査型トンネル顕微鏡の第
１実施例の方式ではＸ，Ｙ，Ｚのいかなる方向について
も１つの圧電素子は他の２方向の圧電素子により拘束さ
れて負荷をかけられた状態で駆動されるため応答性が悪
く、Ｚ方向に必要な応答性を満足させ得ないという課題
を有していた。
【０００７】また、図３〜図５の従来の走査型トンネル
顕微鏡の第２実施例の方式では、深針をＸ，Ｙ，Ｚ各方
向に完全に独立に移動させ得る点で優れているが、中央
ブロック２３を支持する構造が複雑であるため、最も重
要な中央ブロック２３部分での剛性が低くなり、Ｚ方向
の応答性が悪く、そのうえＸ，Ｙ方向に走査する際に深
針２１が振れるという課題を有していた。
顕微鏡の第２実施例の方式では、深針をＸ，Ｙ，Ｚ各方
向に完全に独立に移動させ得る点で優れているが、中央
ブロック２３を支持する構造が複雑であるため、最も重
要な中央ブロック２３部分での剛性が低くなり、Ｚ方向
の応答性が悪く、そのうえＸ，Ｙ方向に走査する際に深
針２１が振れるという課題を有していた。
【０００８】そこで本発明はこれらの課題を解決するた
め、剛性が高くＺ方向に必要な応答性を満足する走査型
トンネル顕微鏡を提供することを目的とするものである
。
め、剛性が高くＺ方向に必要な応答性を満足する走査型
トンネル顕微鏡を提供することを目的とするものである
。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型トンネル
顕微鏡は、上記目的を達成するために、ブロックを、Ｚ
方向に剛性が高くＸ，Ｙ方向には低剛性の部材を介して
フレームに連結するとともに、深針または深針を保持す
る部材をＺ方向に伸縮するＺ方向圧電素子を介してブロ
ックに連結して構成するものである。
顕微鏡は、上記目的を達成するために、ブロックを、Ｚ
方向に剛性が高くＸ，Ｙ方向には低剛性の部材を介して
フレームに連結するとともに、深針または深針を保持す
る部材をＺ方向に伸縮するＺ方向圧電素子を介してブロ
ックに連結して構成するものである。
【００１０】
【作用】本発明の走査型トンネル顕微鏡は、上記した構
成により、ブロックがＺ方向に剛性が高くＸ，Ｙ方向に
は低剛性の部材でフレームに連結されているためＸ，Ｙ
方向に走査する際に深針がＺ方向に振れることを防止で
きる。また、Ｚ方向の固有振動数ωは、Ｚ方向の弾性係
数を、ｋ可動部分の質量をｍとすると、
成により、ブロックがＺ方向に剛性が高くＸ，Ｙ方向に
は低剛性の部材でフレームに連結されているためＸ，Ｙ
方向に走査する際に深針がＺ方向に振れることを防止で
きる。また、Ｚ方向の固有振動数ωは、Ｚ方向の弾性係
数を、ｋ可動部分の質量をｍとすると、
【００１１】
【数１】
【００１２】で表わされ、本発明の方式では、Ｚ方向の
弾性係数ｋを最大限に高めることができ、しかも可動部
分は深針または深針と深針を保持する部材だけであるの
でｍを最小限にとどめることができるため、Ｚ方向の固
有振動数を飛躍的に高めることができる。
弾性係数ｋを最大限に高めることができ、しかも可動部
分は深針または深針と深針を保持する部材だけであるの
でｍを最小限にとどめることができるため、Ｚ方向の固
有振動数を飛躍的に高めることができる。
【００１３】
【実施例】本発明の一実施例を図１を参照しながら説明
する。図に示すように、一端がフレーム１に連結され他
端がブロック２に連結されＸ方向に駆動されるＸ方向圧
電素子３と、一端が前記フレーム１に連結され他端が前
記ブロック２に連結されＹ方向に駆動されるＹ方向圧電
素子４と、一端が前記フレーム１に連結され他端が前記
ブロック２に連結されたＺ方向には剛性が高くＸ，Ｙの
２方向には低剛性の部材５と、一端が深針６または深針
６を保持する部材７に連結され他端が前記ブロック２に
連結されたＺ方向に駆動されるＺ方向圧電素子８によっ
て構成される。Ｘ方向圧電素子３とＹ方向圧電素子４を
伸縮させて深針６をＸ方向およびＹ方向に走査させるこ
とができ、さらにＺ方向圧電素子８を伸縮させることに
より試料と深針６の間の距離を調整できるようになって
いる。そして、Ｘ方向およびＹ方向に走査させる場合に
ブロック２とフレーム１がＺ方向には剛性が高くＸ，Ｙ
の２方向には低剛性の部材５によって連結されているこ
とにより、Ｚ方向にふらつくことが防止され、またＺ方
向の圧電素子８によって駆動される部分が深針６または
深針６を保持する部材７だけであるので応答性が高くな
る。
する。図に示すように、一端がフレーム１に連結され他
端がブロック２に連結されＸ方向に駆動されるＸ方向圧
電素子３と、一端が前記フレーム１に連結され他端が前
記ブロック２に連結されＹ方向に駆動されるＹ方向圧電
素子４と、一端が前記フレーム１に連結され他端が前記
ブロック２に連結されたＺ方向には剛性が高くＸ，Ｙの
２方向には低剛性の部材５と、一端が深針６または深針
６を保持する部材７に連結され他端が前記ブロック２に
連結されたＺ方向に駆動されるＺ方向圧電素子８によっ
て構成される。Ｘ方向圧電素子３とＹ方向圧電素子４を
伸縮させて深針６をＸ方向およびＹ方向に走査させるこ
とができ、さらにＺ方向圧電素子８を伸縮させることに
より試料と深針６の間の距離を調整できるようになって
いる。そして、Ｘ方向およびＹ方向に走査させる場合に
ブロック２とフレーム１がＺ方向には剛性が高くＸ，Ｙ
の２方向には低剛性の部材５によって連結されているこ
とにより、Ｚ方向にふらつくことが防止され、またＺ方
向の圧電素子８によって駆動される部分が深針６または
深針６を保持する部材７だけであるので応答性が高くな
る。
【００１４】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、深針がＺ方向について剛性の高い部材で支持
されているため、深針をＸ方向およびＹ方向に走査する
際に、Ｚ方向のふらつきを防止することができ、さらに
Ｚ方向圧電素子による駆動部分の質量を小さくできるた
めに応答性を高めることができる走査型トンネル顕微鏡
を提供できる。
によれば、深針がＺ方向について剛性の高い部材で支持
されているため、深針をＸ方向およびＹ方向に走査する
際に、Ｚ方向のふらつきを防止することができ、さらに
Ｚ方向圧電素子による駆動部分の質量を小さくできるた
めに応答性を高めることができる走査型トンネル顕微鏡
を提供できる。
【図１】本発明の一実施例の走査型トンネル顕微鏡の斜
視図
視図
【図２】従来の第１実施例の走査型トンネル顕微鏡の斜
視図
視図
【図３】従来の第２実施例の走査型トンネル顕微鏡の斜
視図
視図
【図４】同上面図
【図５】同図４のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図
１ フレーム
２ ブロック
３ Ｘ方向圧電素子
４ Ｙ方向圧電素子
５ 低剛性の部材
６ 深針
７ 部材
８ Ｚ方向圧電素子
Claims (1)
- 【請求項１】 一端がブロックに連結され他端がフレ
ームに連結されＸ方向に伸縮するＸ方向圧電素子と、一
端が前記ブロックに連結され他端が前記フレームに連結
されＹ方向に伸縮するＹ方向圧電素子と、一端が前記ブ
ロックに連結され他端が前記フレームに連結されたＺ方
向には剛性が高くＸ，Ｙ方向には低剛性の部材と、試料
表面との間に生ずるトンネル電流を検出する深針または
深針を保持する部材に一端が連結されていて、他端が前
記ブロックに連結されたＺ方向に伸縮するＺ方向圧電素
子とを備え、その深針が前記Ｘ方向圧電素子及びＹ方向
圧電素子に電圧を加えることによってＸ−Ｙ平面内で走
査されるとともに、前記Ｚ方向圧電素子に電圧を加える
ことによって前記試料表面との間の距離が調整されるよ
うにされている走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3027286A JPH04265803A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3027286A JPH04265803A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265803A true JPH04265803A (ja) | 1992-09-22 |
Family
ID=12216837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3027286A Pending JPH04265803A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04265803A (ja) |
-
1991
- 1991-02-21 JP JP3027286A patent/JPH04265803A/ja active Pending
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