JPH04344406A - 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
- JPH04344406A JPH04344406A JP3116288A JP11628891A JPH04344406A JP H04344406 A JPH04344406 A JP H04344406A JP 3116288 A JP3116288 A JP 3116288A JP 11628891 A JP11628891 A JP 11628891A JP H04344406 A JPH04344406 A JP H04344406A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- sample
- whisker
- tip
- atom
- Prior art date
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- Pending
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- 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、観察すべき試料の表面
とその表面に相対向する探針との間に流れるトンネル電
流を測定することにより、試料表面の状態を測定する走
査型トンネル顕微鏡に関するものである。
とその表面に相対向する探針との間に流れるトンネル電
流を測定することにより、試料表面の状態を測定する走
査型トンネル顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、試料表面の状態を観察する手段と
しては、実空間での状態をそのまま観察できる走査型ト
ンネル顕微鏡が注目されている。これは、ジー・ビニッ
ヒ（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ）とエッチ・ローラ（Ｈ．Ｒｏｈ
ｒｅｒ）の考案になるもので、探針と試料の間に流れる
トンネル電流を用いて試料の表面形状の測定を行なうも
のである（フィジカル・レビュー・レター・第４９号・
５７頁・１９８２年＝Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ．ａ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９．Ｐ５７．１９
８２およびＵ．Ｓ．Ｐ４３４３９９３参照）。
しては、実空間での状態をそのまま観察できる走査型ト
ンネル顕微鏡が注目されている。これは、ジー・ビニッ
ヒ（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ）とエッチ・ローラ（Ｈ．Ｒｏｈ
ｒｅｒ）の考案になるもので、探針と試料の間に流れる
トンネル電流を用いて試料の表面形状の測定を行なうも
のである（フィジカル・レビュー・レター・第４９号・
５７頁・１９８２年＝Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ．ａ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９．Ｐ５７．１９
８２およびＵ．Ｓ．Ｐ４３４３９９３参照）。
【０００３】以下、従来の走査型トンネル顕微鏡につい
て図２を参照して説明する。図２において、１は基台で
あり、その上に架設台２が設けられている。架設台２の
上部水平部の先端部下側には、試料台３が設けられ、こ
の試料台３に試料４が取り付けられている。５は探針で
あり、探針台６の上部に垂直に保持されている。７，８
，９は探針台６の側部および下部に一端が互いに直角に
交差するように接合された微動機構を構成する圧電素子
である。Ｘ，Ｙ方向の圧電素子７，８の他端は、それぞ
れ基台１に垂直に立設された架設台１０，１１に接合さ
れ、Ｚ方向の圧電素子９の他端は、基台１に接合されて
いる。これらの部材は、真空容器１２内に収容され、図
示されない除振機構に支持されている。
て図２を参照して説明する。図２において、１は基台で
あり、その上に架設台２が設けられている。架設台２の
上部水平部の先端部下側には、試料台３が設けられ、こ
の試料台３に試料４が取り付けられている。５は探針で
あり、探針台６の上部に垂直に保持されている。７，８
，９は探針台６の側部および下部に一端が互いに直角に
交差するように接合された微動機構を構成する圧電素子
である。Ｘ，Ｙ方向の圧電素子７，８の他端は、それぞ
れ基台１に垂直に立設された架設台１０，１１に接合さ
れ、Ｚ方向の圧電素子９の他端は、基台１に接合されて
いる。これらの部材は、真空容器１２内に収容され、図
示されない除振機構に支持されている。
【０００４】次に、以上のように構成された走査型トン
ネル型顕微鏡の動作について説明する。まず、図示され
ない粗動機構により試料４と探針５との間の距離を近づ
ける。次に、駆動回路１３でＸ，Ｙ方向の圧電素子７，
８を駆動することにより、探針５で試料４の表面を試料
４に平行なＸ，Ｙ方向に走査させる。この時、検出手段
１５により検出される探針５と試料４の間に流れるトン
ネル電流が一定の値になるように、制御回路１４が駆動
回路１３を介してＺ方向の圧電素子９の駆動を制御する
。このトンネル電流の値は、探針５と試料４の間の距離
の変化に対して敏感に変化するため、試料４の表面の微
細な凹凸の変化を電流の大きな変化として観測すること
ができ、これをコンピュータにより画像化処理して、試
料４の表面構造を得る。
ネル型顕微鏡の動作について説明する。まず、図示され
ない粗動機構により試料４と探針５との間の距離を近づ
ける。次に、駆動回路１３でＸ，Ｙ方向の圧電素子７，
８を駆動することにより、探針５で試料４の表面を試料
４に平行なＸ，Ｙ方向に走査させる。この時、検出手段
１５により検出される探針５と試料４の間に流れるトン
ネル電流が一定の値になるように、制御回路１４が駆動
回路１３を介してＺ方向の圧電素子９の駆動を制御する
。このトンネル電流の値は、探針５と試料４の間の距離
の変化に対して敏感に変化するため、試料４の表面の微
細な凹凸の変化を電流の大きな変化として観測すること
ができ、これをコンピュータにより画像化処理して、試
料４の表面構造を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような走査型トン
ネル顕微鏡において、従来は、探針の材料として顕微鏡
による観察の操作に耐えうるように、強度が高く、仕事
関数（金属や半導体の結晶表面から１個の電子を表面の
すぐ外側に取り出すのに必要な最小のエネルギー）の大
きな物質、例えばタングステンや白金等を選択していた
ため、どうしても試料の原子よりも原子半径が大きくな
ってしまい、顕微鏡の解像度を余り高くすることができ
ないという問題があった。
ネル顕微鏡において、従来は、探針の材料として顕微鏡
による観察の操作に耐えうるように、強度が高く、仕事
関数（金属や半導体の結晶表面から１個の電子を表面の
すぐ外側に取り出すのに必要な最小のエネルギー）の大
きな物質、例えばタングステンや白金等を選択していた
ため、どうしても試料の原子よりも原子半径が大きくな
ってしまい、顕微鏡の解像度を余り高くすることができ
ないという問題があった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、探針の材料を改良することにより高い分
解能で観察が可能な走査型トンネル顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。
るものであり、探針の材料を改良することにより高い分
解能で観察が可能な走査型トンネル顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、探針の材料としてウイスカーを用いたこ
とを特徴とする。
成するために、探針の材料としてウイスカーを用いたこ
とを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は、探針の材料としてウイスカーを用い
ることによって、細くて強度が高く仕事関数の大きな探
針を得ることができ、従来よりも解像度の高い走査型ト
ンネル顕微鏡を実現することができる。
ることによって、細くて強度が高く仕事関数の大きな探
針を得ることができ、従来よりも解像度の高い走査型ト
ンネル顕微鏡を実現することができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例における探
針先端部と試料の拡大図である。本実施例では、試料と
してシリコンを用い、探針の材料としてシリコンのウイ
スカーの先端を鋭利に研磨したものを用いている。図１
において、１０１はシリコンウイスカーの探針であり、
１０２は探針先端のシリコン原子、１０３はシリコンの
試料であり、１０４は試料表面のシリコン原子、１０５
は試料台、１０６，１０７，１０８は試料１０３の表面
に対し探針１０１をＸ，Ｙ，Ｚ方向に微動させるための
圧電素子である。
しながら説明する。図１は本発明の一実施例における探
針先端部と試料の拡大図である。本実施例では、試料と
してシリコンを用い、探針の材料としてシリコンのウイ
スカーの先端を鋭利に研磨したものを用いている。図１
において、１０１はシリコンウイスカーの探針であり、
１０２は探針先端のシリコン原子、１０３はシリコンの
試料であり、１０４は試料表面のシリコン原子、１０５
は試料台、１０６，１０７，１０８は試料１０３の表面
に対し探針１０１をＸ，Ｙ，Ｚ方向に微動させるための
圧電素子である。
【００１０】以上のように構成された走査型トンネル顕
微鏡について、以下その動作について説明する。まず圧
電素子１０６，１０７を駆動することにより、探針１０
１で試料１０３の表面を試料１０３に平行な方向に走査
させる。この時、圧電素子１０８の駆動を制御すること
により、探針１０１の先端原子１０２と試料１０３との
間に流れるトンネル電流が一定の値になるように保つ。 このトンネル電流の値は、探針１０１の先端原子１０２
と試料１０３の表面の原子との間の距離の変化に対して
敏感に変化するため、試料１０３表面の構造の原子レベ
ルの微細な凹凸の変化を、電流の大きな変化として観測
することが可能になる。したがって、この電流値が一定
に保たれるように圧電素子１０８を駆動することにより
、探針１０１の先端原子１０２は試料１０３の表面付近
を、その表面の凹凸に沿って移動することになり、結果
的に試料１０３の表面に関するデータが得られることに
なる。
微鏡について、以下その動作について説明する。まず圧
電素子１０６，１０７を駆動することにより、探針１０
１で試料１０３の表面を試料１０３に平行な方向に走査
させる。この時、圧電素子１０８の駆動を制御すること
により、探針１０１の先端原子１０２と試料１０３との
間に流れるトンネル電流が一定の値になるように保つ。 このトンネル電流の値は、探針１０１の先端原子１０２
と試料１０３の表面の原子との間の距離の変化に対して
敏感に変化するため、試料１０３表面の構造の原子レベ
ルの微細な凹凸の変化を、電流の大きな変化として観測
することが可能になる。したがって、この電流値が一定
に保たれるように圧電素子１０８を駆動することにより
、探針１０１の先端原子１０２は試料１０３の表面付近
を、その表面の凹凸に沿って移動することになり、結果
的に試料１０３の表面に関するデータが得られることに
なる。
【００１１】ウイスカーは、繊維状または針状に成長し
た単結晶をいい、ひげ結晶とも呼ばれている。太さは０
．１μｍ程度から１０μｍ程度までであり、長さは１０
ｍｍ以上に達することもある。１μｍよりも細いウイス
カーは、一般に結晶としての完全性が極めて良好で、そ
の機械的強度も極めて高い。
た単結晶をいい、ひげ結晶とも呼ばれている。太さは０
．１μｍ程度から１０μｍ程度までであり、長さは１０
ｍｍ以上に達することもある。１μｍよりも細いウイス
カーは、一般に結晶としての完全性が極めて良好で、そ
の機械的強度も極めて高い。
【００１２】ウイスカーは、水銀、黒鉛、塩化ナトリウ
ム、塩化カリウム、銅、鉄、酸化アルミニウム、シリコ
ン等、非常にさまざまな物質から作ることができる。こ
のうち、シリコンのウイスカーについては、「固体物理
」第１８巻・１２号・１９８３年・２５〜３４ページの
論文「結晶の成長機構と形（その１）」の中に記載され
ている。
ム、塩化カリウム、銅、鉄、酸化アルミニウム、シリコ
ン等、非常にさまざまな物質から作ることができる。こ
のうち、シリコンのウイスカーについては、「固体物理
」第１８巻・１２号・１９８３年・２５〜３４ページの
論文「結晶の成長機構と形（その１）」の中に記載され
ている。
【００１３】このように、上記実施例によれば、試料１
０３の原子と同一の物質であるシリコンのウイスカーか
ら形成した探針１０１を用いることにより、探針１０１
の先端の原子１０２の原子半径を試料１０３表面の原子
１０４の原子半径と同等以下にすることができるので、
試料１０３表面の原子レベルの凹凸に対する探針１０１
の先端原子１０２の追随性を高めることができ、従来に
較べて解像度の高い顕微鏡像を得ることが出来る。
０３の原子と同一の物質であるシリコンのウイスカーか
ら形成した探針１０１を用いることにより、探針１０１
の先端の原子１０２の原子半径を試料１０３表面の原子
１０４の原子半径と同等以下にすることができるので、
試料１０３表面の原子レベルの凹凸に対する探針１０１
の先端原子１０２の追随性を高めることができ、従来に
較べて解像度の高い顕微鏡像を得ることが出来る。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、探針の
材料としてウイスカーを用いることにより、細くて強度
が高く、仕事関数の大きな探針を得ることができ、従来
に較べて解像度の高い優れた走査型トンネル顕微鏡を実
現することができるという効果を有する。
材料としてウイスカーを用いることにより、細くて強度
が高く、仕事関数の大きな探針を得ることができ、従来
に較べて解像度の高い優れた走査型トンネル顕微鏡を実
現することができるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例における探針先端部と試料の
拡大概略斜視図
拡大概略斜視図
【図２】従来の走査型トンネル顕微鏡の概略構成図
１０１ シリコンウイスカーの探針
１０２ 探針先端のシリコン原子
１０３ シリコンの試料
１０４ 試料表面のシリコン原子
１０５ 試料台
１０６ 圧電素子
１０７ 圧電素子
１０８ 圧電素子
Claims (1)
- 【請求項１】 探針と試料との間に流れるトンネル電
流を計測する走査型トンネル顕微鏡の探針としてウイス
カーを用いた走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3116288A JPH04344406A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3116288A JPH04344406A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04344406A true JPH04344406A (ja) | 1992-12-01 |
Family
ID=14683343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3116288A Pending JPH04344406A (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04344406A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06305898A (ja) * | 1993-03-10 | 1994-11-01 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 単結晶ティップ構造物およびその形成方法 |
| CN106383250A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-08 | 中山大学 | 一种采用二维原子晶体材料的扫描隧道显微镜探针 |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP3116288A patent/JPH04344406A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06305898A (ja) * | 1993-03-10 | 1994-11-01 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 単結晶ティップ構造物およびその形成方法 |
| CN106383250A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-02-08 | 中山大学 | 一种采用二维原子晶体材料的扫描隧道显微镜探针 |
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