JPH0472504A - カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡 - Google Patents
カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡Info
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- JPH0472504A JPH0472504A JP18400690A JP18400690A JPH0472504A JP H0472504 A JPH0472504 A JP H0472504A JP 18400690 A JP18400690 A JP 18400690A JP 18400690 A JP18400690 A JP 18400690A JP H0472504 A JPH0472504 A JP H0472504A
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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
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた
原子開力顕微鏡に関する。
原子開力顕微鏡に関する。
（従来の技術）
原子開力顕微鏡は、カンチレバーを試料に対してオング
ストロームオーダまで接近させたとき、試料とカンチレ
バー先端との間に生しる原子間力によるカンチレバー先
端の変位を検出して試料の表面形状を測定するものであ
る。この場合、カンチレバーは薄い金属箔から形成され
、その先端にチップが配設されるとともに終端側か原子
開力顕微鏡本体に固定されている。そして、このカンチ
レバー先端の変位検出は、トンネル顕微鏡又は光学式の
変位計が用いられている。
ストロームオーダまで接近させたとき、試料とカンチレ
バー先端との間に生しる原子間力によるカンチレバー先
端の変位を検出して試料の表面形状を測定するものであ
る。この場合、カンチレバーは薄い金属箔から形成され
、その先端にチップが配設されるとともに終端側か原子
開力顕微鏡本体に固定されている。そして、このカンチ
レバー先端の変位検出は、トンネル顕微鏡又は光学式の
変位計が用いられている。
しかしなから、トンネル顕微鏡によりカンチレバー先端
の変位を検出する場合は、トンネル顕微鏡の探針をカン
チレバー先端の上部にくるように正確にアライメントし
なければならない。例えば、探針とカンチレバー先端と
は１０〜１００ミクロン角という非常に狭い範囲の中ヘ
アライメントしなければならず、アライメントが非常に
難しい。そのうえ、このカンチレバーは消耗品のため交
換を必要とし、アライメントは１回で済まず、カンチレ
バーの交換のたびに行わなければならない。又、光学式
の変位計の場合もカンチレバーの先端に対するアライメ
ントが非常に困難である。
の変位を検出する場合は、トンネル顕微鏡の探針をカン
チレバー先端の上部にくるように正確にアライメントし
なければならない。例えば、探針とカンチレバー先端と
は１０〜１００ミクロン角という非常に狭い範囲の中ヘ
アライメントしなければならず、アライメントが非常に
難しい。そのうえ、このカンチレバーは消耗品のため交
換を必要とし、アライメントは１回で済まず、カンチレ
バーの交換のたびに行わなければならない。又、光学式
の変位計の場合もカンチレバーの先端に対するアライメ
ントが非常に困難である。
（発明か解決しようとする課題）
以上のようにトンネル顕微鏡又は光学式の変位計のいず
れを用いてもカンチレバーの先端に対するアライメント
か非常に困難である。
れを用いてもカンチレバーの先端に対するアライメント
か非常に困難である。
そこで本発明は、アライメントを必要としないカンチレ
バーを提供することを目的とする。
バーを提供することを目的とする。
又、本発明は、アライメントを必要としないカンチレバ
ーを適用した原子開力顕微鏡を提供することを目的とす
る。
ーを適用した原子開力顕微鏡を提供することを目的とす
る。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、先端にチップを設けたレバー本体に圧電素子
を設けて上記目的を達成しようとするカンチレバーであ
る。
を設けて上記目的を達成しようとするカンチレバーであ
る。
又、本発明は、先端にチップを設けたレノ＼−本体に圧
電素子を設けたカンチレバーと、圧電素子に所定電圧を
印加する電圧印加手段と、圧電素子に流れる電流を検出
し、この電流からカンチレノく−の変位を求める変位算
出手段とを備えて上記目的を達成しようとする原子開力
顕微鏡である。
電素子を設けたカンチレバーと、圧電素子に所定電圧を
印加する電圧印加手段と、圧電素子に流れる電流を検出
し、この電流からカンチレノく−の変位を求める変位算
出手段とを備えて上記目的を達成しようとする原子開力
顕微鏡である。
（作用）
このような手段を備えたことにより、先端にチップを設
けたレバー本体の変位に応じて圧電素子の抵抗値か変化
する。
けたレバー本体の変位に応じて圧電素子の抵抗値か変化
する。
又、上記手段を備えたことにより、先端にチップを設け
たレバー本体の圧電素子に電圧印加手段により所定電圧
が印加され、このとき圧電素子に流れる電流が変位算出
手段により検出されてこの電流からカンチレバーの変位
が求められる。
たレバー本体の圧電素子に電圧印加手段により所定電圧
が印加され、このとき圧電素子に流れる電流が変位算出
手段により検出されてこの電流からカンチレバーの変位
が求められる。
（実施例）
以下、本発明の第１実施例について第１図に示すカンチ
レバーの外観図を参照して説明する。
レバーの外観図を参照して説明する。
このカンチレバー１０はシリコンから成り三角型の形状
に突出したレバー本体１を有している。
に突出したレバー本体１を有している。
このレバー本体１の先端にはチップ２が設けられている
。このチップ２は四角錐の形状となっており、その先端
が下方を向いている。又、レバー本体１の終端側は原子
開力顕微鏡本体側３に固定されている。このレバー本体
１の終端側には半導体ピエゾ抵抗４かボロン等を拡散し
て形成されている。この半導体ピエゾ抵抗４の形成位置
はレバー本体１のチップ２が設けられた面とは反対側の
面となっている。そして、この半導体ピエゾ抵抗４は外
力か加わって変位すると抵抗値が変化する作用を有して
いる。又、この半導体ピエゾ抵抗４はレバー本体１の先
端から終端への方向に往復して形成し、その両端に電極
５，６が形成されている。
。このチップ２は四角錐の形状となっており、その先端
が下方を向いている。又、レバー本体１の終端側は原子
開力顕微鏡本体側３に固定されている。このレバー本体
１の終端側には半導体ピエゾ抵抗４かボロン等を拡散し
て形成されている。この半導体ピエゾ抵抗４の形成位置
はレバー本体１のチップ２が設けられた面とは反対側の
面となっている。そして、この半導体ピエゾ抵抗４は外
力か加わって変位すると抵抗値が変化する作用を有して
いる。又、この半導体ピエゾ抵抗４はレバー本体１の先
端から終端への方向に往復して形成し、その両端に電極
５，６が形成されている。
かかる構成ておいて、各電極５．６間に所定レヘルの電
圧が印加される。この状態にチップ２に対して試料か接
近すると、チップ２と試料との間に原子間力が生してレ
バー本体１は変位する。この変位に応して半導体ピエゾ
抵抗４は抵抗値が変化する。かくして、半導体ピエゾ抵
抗４に流れる電流値が抵抗値の応して変化する。従って
、この電流値変化は試料形状の変化を表しており、この
変化から試料の表面形状が求められる。
圧が印加される。この状態にチップ２に対して試料か接
近すると、チップ２と試料との間に原子間力が生してレ
バー本体１は変位する。この変位に応して半導体ピエゾ
抵抗４は抵抗値が変化する。かくして、半導体ピエゾ抵
抗４に流れる電流値が抵抗値の応して変化する。従って
、この電流値変化は試料形状の変化を表しており、この
変化から試料の表面形状が求められる。
このように上記第１実施例においては、先端にチップ２
を設けたレバー本体１に半導体ピエゾ抵抗４を形成した
ので、レバー本体１の変位をトンネル顕微鏡や光学式の
変位計を用いずに検出てきる。従って、レバー本体１を
交換してもアライメント作業は不要となる。
を設けたレバー本体１に半導体ピエゾ抵抗４を形成した
ので、レバー本体１の変位をトンネル顕微鏡や光学式の
変位計を用いずに検出てきる。従って、レバー本体１を
交換してもアライメント作業は不要となる。
次に本発明の第２実施例について第２図に示す原子開力
顕微鏡の構成図を参照して説明する。なお、第１図と同
一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する
。
顕微鏡の構成図を参照して説明する。なお、第１図と同
一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する
。
原子開力顕微鏡本体２０の内部にはＸＹステージ２１が
設けられ、このＸＹステージ２１上にＺステージ２２が
設けられている。そして、このＺステージ２２上に試料
２３が載置されている。
設けられ、このＸＹステージ２１上にＺステージ２２が
設けられている。そして、このＺステージ２２上に試料
２３が載置されている。
又、原子開力顕微鏡本体２０の上部にはレバー支持体２
４が設けられ、このレバー支持体２４にカンチレバー１
０か設けられている。
４が設けられ、このレバー支持体２４にカンチレバー１
０か設けられている。
一方、制御回路２５、ＸＹラスタ走査信号発生回路２６
及びホストコンピュータ２７が設けられている。制御回
路２５は半導体ピエゾ抵抗４に所定電圧を印加するとと
もに、半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を検出し、この
電流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定と
するＺ方向移動制御信号をＺステージ２２に供給する機
能を有している。この場合、制御回路２５から出力され
たＺ方向移動制御信号はホストコンピュータ２７に送ら
れている。
及びホストコンピュータ２７が設けられている。制御回
路２５は半導体ピエゾ抵抗４に所定電圧を印加するとと
もに、半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を検出し、この
電流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定と
するＺ方向移動制御信号をＺステージ２２に供給する機
能を有している。この場合、制御回路２５から出力され
たＺ方向移動制御信号はホストコンピュータ２７に送ら
れている。
このホストコンピュータ２７にはカラーＣＲＴデイスプ
レィ２８が接続されている。ホストコンピュータ２７は
制御回路２５からの２方向移動制御信号を受けて３次元
的なトポグラフィを求めてカラーＣＲＴデイスプレィ２
８に表示する機能を有している。又、ホストコンピュー
タ２７はＸＹクラスタ査信号発生回路２６に対して動作
指令を発する機能を有している。
レィ２８が接続されている。ホストコンピュータ２７は
制御回路２５からの２方向移動制御信号を受けて３次元
的なトポグラフィを求めてカラーＣＲＴデイスプレィ２
８に表示する機能を有している。又、ホストコンピュー
タ２７はＸＹクラスタ査信号発生回路２６に対して動作
指令を発する機能を有している。
ＸＹクラスタ査信号発生回路２６はＸＹ子テーブル１を
移動させてカンチレバー１０のチップ２か試料２３に対
してラスク走査するＸＹクラスタ査信号を送出する機能
を有している。
移動させてカンチレバー１０のチップ２か試料２３に対
してラスク走査するＸＹクラスタ査信号を送出する機能
を有している。
次に上記の如く構成された顕微鏡の作用について説明す
る。
る。
試料２３がＺテーブル２２上に載置されると、制御回路
２５はＺテーブル２２に対して上昇のＺ方向移動制御信
号を送出する。これにより、２テーブル２２は上昇し、
試料２３とカンチレバー１０のチップ先端との間隔か縮
まる。
２５はＺテーブル２２に対して上昇のＺ方向移動制御信
号を送出する。これにより、２テーブル２２は上昇し、
試料２３とカンチレバー１０のチップ先端との間隔か縮
まる。
又、制御回路２５はカンチレバー１０に形成された半導
体ピエゾ抵抗４に対して所定レベルの電圧を印加し、こ
れとともに半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を受ける。
体ピエゾ抵抗４に対して所定レベルの電圧を印加し、こ
れとともに半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を受ける。
この状態に試料２３とチップ２の先端との間隔が１〜１
００ｒｖｌこ接近すると、試料２３とチップ２の先端と
の間に原子間力が生じ、この原子間力に応じてレバー本
体１は変位する。この変位に応じて半導体ピエゾ抵抗４
の抵抗値は変化し、この抵抗値の変化に応じて半導体ピ
エゾ抵抗４に流れる電流値は変化する。この電流は制御
回路２５に送られており、この制御回路２５は受けた電
流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定とす
るＺ方向移動制御信号をＺステージ２２に供給する。こ
の２ステージ２２はＺ方向移動制御信号を受けて上下移
動する。ここで、Ｚステージ２２の上下移動は半導体ピ
エゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定とするので、試料２
３の表面形状と一致する。
００ｒｖｌこ接近すると、試料２３とチップ２の先端と
の間に原子間力が生じ、この原子間力に応じてレバー本
体１は変位する。この変位に応じて半導体ピエゾ抵抗４
の抵抗値は変化し、この抵抗値の変化に応じて半導体ピ
エゾ抵抗４に流れる電流値は変化する。この電流は制御
回路２５に送られており、この制御回路２５は受けた電
流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定とす
るＺ方向移動制御信号をＺステージ２２に供給する。こ
の２ステージ２２はＺ方向移動制御信号を受けて上下移
動する。ここで、Ｚステージ２２の上下移動は半導体ピ
エゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一定とするので、試料２
３の表面形状と一致する。
一方、ホストコンピュータ２７はＸＹクラスタ査信号発
生回路２６に対して動作指令を発する。
生回路２６に対して動作指令を発する。
二のＸＹクラスタ査信号発生回路２６はＸＹ子テーブル
１に対してＸＹクラスタ査信号を送出する。
１に対してＸＹクラスタ査信号を送出する。
これにより、カンチレバー１０のチップ２の先端は試料
２３に対してラスク走査する。
２３に対してラスク走査する。
又、制御回路２５から出力されるＺ方向移動制御信号は
ホストコンピュータ２７に送られる。かくして、ホスト
コンピュータ２７はＺ方向移動制御信号を受け、かつＸ
Ｙクラスタ査信号発生回路２６によりラスタ走査位置か
ら試料２３の表面形状の３次元的なトポグラフィを求め
てカラーＣＲＴデイスプレィ２８に表示する。
ホストコンピュータ２７に送られる。かくして、ホスト
コンピュータ２７はＺ方向移動制御信号を受け、かつＸ
Ｙクラスタ査信号発生回路２６によりラスタ走査位置か
ら試料２３の表面形状の３次元的なトポグラフィを求め
てカラーＣＲＴデイスプレィ２８に表示する。
このように上記第２実施例においては、先端にチップ２
を設けたレバー本体１の半導体ピエゾ抵抗４に所定電圧
を印加して半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を検出し、
この電流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一
定に制御し、このときの試料２３のＺ方向の移動から試
料２３の表面形状を求めるようにしたので、レバー本体
１の変位をトンネル顕微鏡や光学式の変位計を用いずに
検出できる。従って、レバー本体１を交換してもアライ
メント作業は一切不要となる。又、半導体ピエゾ抵抗４
はレバー本体１に形成されるので、原子開力顕微鏡自体
を小形化できる。
を設けたレバー本体１の半導体ピエゾ抵抗４に所定電圧
を印加して半導体ピエゾ抵抗４に流れる電流を検出し、
この電流から半導体ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化量を一
定に制御し、このときの試料２３のＺ方向の移動から試
料２３の表面形状を求めるようにしたので、レバー本体
１の変位をトンネル顕微鏡や光学式の変位計を用いずに
検出できる。従って、レバー本体１を交換してもアライ
メント作業は一切不要となる。又、半導体ピエゾ抵抗４
はレバー本体１に形成されるので、原子開力顕微鏡自体
を小形化できる。
なお、本発明は上記各実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。特に、圧電
素子はいくつかの変形例がある。
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。特に、圧電
素子はいくつかの変形例がある。
これを第３図を用いて説明する。例えば、第３図（ａ）
の上記第１実施例に示した圧電素子に対して、第３図（
ｂ）に示すように長さを長く形成してもよい。又、第３
図（Ｃ）に示すように半導体ピエゾ抵抗による圧電素子
の半導体特性はＰ型／Ｎ型のどちらを使用してもよい。
の上記第１実施例に示した圧電素子に対して、第３図（
ｂ）に示すように長さを長く形成してもよい。又、第３
図（Ｃ）に示すように半導体ピエゾ抵抗による圧電素子
の半導体特性はＰ型／Ｎ型のどちらを使用してもよい。
さらに、半導体ピエゾ抵抗４の形成位置はレバー本体１
の変位により湾曲する箇所であれば良く、例えばレバー
本体１のチップ２の設けられた面側又はレバー本体１の
両面に形成しても良い。なお、半導体ピエゾ抵抗４をレ
バー本体１の両面に形成した場合は、ホイーストンブリ
ッジ回路を構成できて容易に半導体ピエゾ抵抗４の抵抗
値変化を検出できる。
の変位により湾曲する箇所であれば良く、例えばレバー
本体１のチップ２の設けられた面側又はレバー本体１の
両面に形成しても良い。なお、半導体ピエゾ抵抗４をレ
バー本体１の両面に形成した場合は、ホイーストンブリ
ッジ回路を構成できて容易に半導体ピエゾ抵抗４の抵抗
値変化を検出できる。
又、カンチレバーは、レバー本体１を金属箔、ガラス箔
又はシリコン上に酸化シリコン膜を形成して作成し、こ
のレバー本体１にアモルファスのシリコン、ゲルマニウ
ムを蒸着させて半導体ピエゾ抵抗を形成してもよい。
又はシリコン上に酸化シリコン膜を形成して作成し、こ
のレバー本体１にアモルファスのシリコン、ゲルマニウ
ムを蒸着させて半導体ピエゾ抵抗を形成してもよい。
［発明の効果コ
以上詳記したように本発明によれば、アライメントを必
要としないカンチレバーを提供できる。
要としないカンチレバーを提供できる。
又、本発明によれば、アライメントを必要としないカン
チレバーを適用した原子開力顕微鏡を提供できる。
チレバーを適用した原子開力顕微鏡を提供できる。
第１図は本発明に係わるカンチレバーの実施例を示す構
成図、第２図は本発明に係わる原子開力顕微鏡の実施例
を示す構成図、第３図は圧電素子の変形例を示す図であ
る。 １・・・レバー本体、２・・・チップ、４・・・半導体
ピエゾ抵抗、５，６・・・電極、１０・・・カンチレバ
＝２０・・・原子開力顕微鏡本体、２１・・・ＸＹ子テ
ーブル２２・・・Ｚテーブル、２３・・・試料、２４・
・・レバー支持体、２５・・・制御回路、２６・・・Ｘ
Ｙラスタ走査信号発生回路、２７・・・ホストコンピュ
ータ、２８・・・カラーＣＲＴデイスプレィ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 （ａ） （ｂ） 第 １ 図 （Ｃ） 第３図
成図、第２図は本発明に係わる原子開力顕微鏡の実施例
を示す構成図、第３図は圧電素子の変形例を示す図であ
る。 １・・・レバー本体、２・・・チップ、４・・・半導体
ピエゾ抵抗、５，６・・・電極、１０・・・カンチレバ
＝２０・・・原子開力顕微鏡本体、２１・・・ＸＹ子テ
ーブル２２・・・Ｚテーブル、２３・・・試料、２４・
・・レバー支持体、２５・・・制御回路、２６・・・Ｘ
Ｙラスタ走査信号発生回路、２７・・・ホストコンピュ
ータ、２８・・・カラーＣＲＴデイスプレィ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 （ａ） （ｂ） 第 １ 図 （Ｃ） 第３図
Claims (2)
- （１）先端にチップを設けたレバー本体に圧電素子を設
けたことを特徴とするカンチレバー。 - （２）先端にチップを設けたレバー本体に圧電素子を設
けたカンチレバーと、前記圧電素子に所定電圧を印加す
る電圧印加手段と、前記圧電素子に流れる電流を検出し
、この電流から前記カンチレバーの変位を求める変位算
出手段とを具備したことを特徴とする原子間力顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18400690A JPH0472504A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18400690A JPH0472504A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0472504A true JPH0472504A (ja) | 1992-03-06 |
Family
ID=16145679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18400690A Pending JPH0472504A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | カンチレバー及びこのカンチレバーを用いた原子間力顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0472504A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100396760B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2003-09-02 | 엘지전자 주식회사 | 원자력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조방법 |
-
1990
- 1990-07-13 JP JP18400690A patent/JPH0472504A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100396760B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2003-09-02 | 엘지전자 주식회사 | 원자력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조방법 |
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