JPH0493602A - scanning tunneling microscope - Google Patents

scanning tunneling microscope

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Publication number
JPH0493602A
JPH0493602A JP2206353A JP20635390A JPH0493602A JP H0493602 A JPH0493602 A JP H0493602A JP 2206353 A JP2206353 A JP 2206353A JP 20635390 A JP20635390 A JP 20635390A JP H0493602 A JPH0493602 A JP H0493602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
probe
movement mechanism
distance
piezo element
Prior art date
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Pending
Application number
JP2206353A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiichi Hazaki
栄市 羽崎
Kazuo Aoki
一雄 青木
Osamu Yamada
理 山田
Satoru Fukuhara
悟 福原
Shigeyuki Hosoki
茂行 細木
Sumio Hosaka
純男 保坂
Takeshi Hasegawa
剛 長谷川
Ryuji Takada
龍二 高田
Akira Hashimoto
昭 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP2206353A priority Critical patent/JPH0493602A/en
Publication of JPH0493602A publication Critical patent/JPH0493602A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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関し、特に微動機構用
の3つのピエゾ素子の分解能を高める構造を有する走査
型トンネル顕微鏡に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a scanning tunneling microscope, and more particularly to a scanning tunneling microscope having a structure that increases the resolution of three piezo elements for a fine movement mechanism.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

走査型トンネル顕微鏡(以下STMという)において、
探針と試料との間にトンネル電流を流した状態において
、このトンネル電流が一定になるように前記探針を試料
の表面に沿ってX方向及びX方向に走査を行い、且つ試
料の表面の凹凸に追従して2方向に移動させるための手
段として微動機構が使用される。STMにおける従来の
微動機構は、通常ピエゾ(圧電)素子を所要の変位を発
生するためのアクチュエータとして利用したピエゾトラ
イボッドが使用される。ピエゾトライボッドの典型的構
造としては、相互に直交するx、y。
In a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM),
With a tunnel current flowing between the probe and the sample, the probe is scanned in the X and X directions along the surface of the sample so that the tunnel current remains constant, and A fine movement mechanism is used as a means for following the unevenness and moving in two directions. Conventional fine movement mechanisms in STM typically use piezo tribods that utilize piezo (piezoelectric) elements as actuators to generate required displacements. A typical structure of a piezo tribod is that x and y are orthogonal to each other.

2の各方向について微動を発生する3つのピエゾ素子を
備え、これらのピエゾ素子の互いに近接する一端を探針
ホルダに結合し、各ピエゾ素子の他端をトライボッドベ
ースに結合するという構造を採用していた。探針は、探
針ホルダにおいて前記の2方向ピエゾ素子が結合された
面の反対側の面に取り付けられる。また探針をトンネル
電流が流れる程度の距離まで接近させる粗動機構につい
ては、レビュー・オブ・サイエンティフィック・インス
ツルメンツ60.4月(1989年)第789頁から第
791頁においてインチワーム機構が論じられている。
The device is equipped with three piezo elements that generate minute movements in each of the two directions, and one end of these piezo elements that are close to each other is connected to the probe holder, and the other end of each piezo element is connected to the tri-bod base. Was. The probe is attached to a surface of the probe holder opposite to the surface to which the two-way piezo element is coupled. In addition, the inchworm mechanism is discussed in Review of Scientific Instruments, April 60, 1989, pp. 789 to 791, regarding the coarse movement mechanism that brings the probe close enough to allow tunneling current to flow. It is being

このインチワーム機構は、例えば2方向に粗動を行うた
めのアクチュエータとしてのピエゾ素子と、ピエゾ素子
の両端のそれぞれに固定された試料側に近い前足と遠い
後足と、前足及び後足のそれぞれを適宜なタイミングで
固定するためのクランプ機構とにより構成されている。
This inchworm mechanism includes, for example, a piezo element as an actuator for making coarse movements in two directions, a front leg close to the sample side and a hind leg fixed to each end of the piezo element, and a front leg and a hind leg fixed to each end of the piezo element. and a clamp mechanism for fixing it at an appropriate timing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のSTM微動機構におけるx、y、zの各方向のピ
エゾ素子の配置構造では、例えば試料表面の凹凸に追従
して探針を微動させる2方向のピエゾ素子が伸長動作す
るとき、試料表面を走査するためのx、yの方向の各ピ
エゾ素子を曲げながら動作を行わなければならないため
、X方向及びX方向のピエゾ素子が負荷となって追従性
が悪(なり、2方向の分解能を高くすることができない
という不具合があった。かかるピエゾ素子における追従
側の悪さは構造上X方向及びX方向のピエゾ素子につい
ても同じことがいえる。
In the arrangement structure of piezo elements in the x, y, and z directions in the conventional STM fine movement mechanism, for example, when the piezo elements in two directions, which finely move the probe by following the unevenness of the sample surface, are extended, the sample surface is Because each piezo element in the x and y directions must be bent while scanning, the piezo elements in the Due to the structure, the same can be said of the piezo elements in the X direction and the X direction due to the structure.

また粗動機構である従来のインチワーム機構では、探針
が試料の傾斜や温度及び機械的なドリフトに迅速に追従
できるように微動機構の2方向ピエゾ素子の伸び量を適
切な値に設定するために、更に2方向ピエゾ素子がその
動作範囲から外れたときに前足と後足の間のピエゾ素子
で探針と試料の距離を前記動作範囲に入るよう調整する
ために、測定時には、後足をクランプし且つ前足をアン
クランプした状態に保持する。従って前足は浮いた状態
にあり、振動要素としての質量が大きくなるので、前足
部分で固定された微動機構とインチワームで構成される
系の固有振動数が低くなり、特に高速で探針を走査しよ
うとするとき追従できず、測定時の分解能が低下すると
いう不具合があった。
In addition, in the conventional inchworm mechanism, which is a coarse movement mechanism, the amount of extension of the two-way piezo element of the fine movement mechanism is set to an appropriate value so that the probe can quickly follow the inclination, temperature, and mechanical drift of the sample. Therefore, when the two-way piezo element goes out of its operating range, the piezo element between the front and rear legs adjusts the distance between the probe and the sample so that it falls within the operating range. clamp and hold the front foot unclamped. Therefore, the front legs are in a floating state, and the mass as a vibrating element is large, so the natural frequency of the system consisting of the fine movement mechanism fixed at the front legs and the inchworm is low, which allows the probe to scan at particularly high speeds. When attempting to do so, it could not be tracked, resulting in a decrease in resolution during measurement.

本発明の目的は、上記の問題に鑑み、測定分解能の高い
微動機構と粗動機構を備えたSTMを提供することにあ
る。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an STM equipped with a fine movement mechanism and a coarse movement mechanism with high measurement resolution.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明に係る走査型トンネル顕微鏡は、上記目的を達成
するため、次のような特徴を有して構成される。
In order to achieve the above object, the scanning tunneling microscope according to the present invention has the following features.

本発明に係る第1の走査型トンネル顕微鏡は、探針を備
え、この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の
距離まで接近させ、微動機構により探針を移動し試料の
表面を走査させる走査型トンネル顕微鏡において、微動
機構は、試料の表面を2次元的に走査する第1方向及び
第2方向のピエゾ素子と、探針を備え試料と探針との距
離をトンネル電流が流れる距離に保持する第3方向のピ
エゾ素子とを有し、第1方向及び第2方向のピエゾ素子
の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
共に、第3方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定したことを特徴とする。
A first scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe, brings the probe close to a sample to a distance that allows tunneling current to flow, and moves the probe using a fine movement mechanism to scan the surface of the sample. In a scanning tunneling microscope, a fine movement mechanism includes piezo elements in a first direction and a second direction that two-dimensionally scans the surface of a sample, and a probe, and sets the distance between the sample and the probe to the distance through which tunneling current flows. one end of the piezo element in the first direction and the second direction is fixed to the base, the other end is fixed to the connecting member, and one end of the piezo element in the third direction is fixed to the base; is fixed to the surface of the connecting member facing the sample.

本発明に係る第2の走査型トンネル顕微鏡は、探針を備
え、この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の
距離まで接近させ、微動機構により探針を移動し試料の
表面を走査させる走査型トンネル顕微鏡において、微動
機構は、試料の表面を2次元的に走査する第1方向及び
第2方向のピニジ素子と、探針を備え試料と探針との距
離をトンネル電流が流れる距離に保持する第3方向のピ
エゾ素子とを有し、第1方向及び第2方向のピエゾ素子
の一端を基台に固定し且っ他端を連結部材に固定すると
共に、第3方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定し、連結部材の試料に向かう面の反対側
の面と基台との間に第3方向の探針位置を調整する行う
他のピエゾ素子を設けたことを特徴とする。
A second scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe, brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and moves the probe using a fine movement mechanism to scan the surface of the sample. In a scanning tunneling microscope, the fine movement mechanism includes pinigi elements in the first and second directions that scan the surface of the sample two-dimensionally, and a probe, and sets the distance between the sample and the probe to the distance through which tunneling current flows. One end of the piezo element in the first direction and the second direction is fixed to the base, the other end is fixed to the connecting member, and the piezo element in the third direction is held. One end was fixed to the surface of the connecting member facing the sample, and another piezo element for adjusting the probe position in the third direction was provided between the surface of the connecting member opposite to the surface facing the sample and the base. It is characterized by

本発明に係る第3の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の2つの足部とこれらの2つの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、測定時
に試料に遠い足部をクランプ状態且つ試料に近い足部を
アンクランプ状態とし、微動機構が互いに直交する3つ
のピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、
微動機構の3つのピエゾ素子のうち、試料の表面を2次
元的に走査する第1方向及び第2方向のピエゾ素子の一
端を粗動機構の試料に近い側の足部に固定された基台に
固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に、探針を備
え試料と探針との距離をトンネル電流が流れる距離に保
持する第3方向のピエゾ素子の一端を連結部材の試料に
向かう面に固定したことを特徴とする。
A third scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe;
It is equipped with a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample. It consists of two legs, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each leg, and during measurement, the leg farthest from the sample is in a clamped state, and the leg closest to the sample is in an unclamped state, In a scanning tunneling microscope whose fine movement mechanism has three piezo elements orthogonal to each other,
Among the three piezo elements of the fine movement mechanism, one end of the first and second direction piezo elements that two-dimensionally scan the surface of the sample is fixed to the base of the coarse movement mechanism on the side closer to the sample. and the other end is fixed to the connecting member, and one end of the piezo element in the third direction, which has a probe and maintains the distance between the sample and the probe at a distance through which tunneling current flows, is connected to the surface of the connecting member facing the sample. It is characterized by being fixed at.

本発明に係る第4の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の2つの足部とこれらの2つの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、測定時
に試料に遠い足部をクランプ状態且つ試料に近い足部を
アンクランプ状態とし、微動機構が互いに直交する3つ
のピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、
微動機構の3つのピエゾ素子のうち、試料の表面を2次
元的に走査する第1方向及び第2方向のそれぞれのピエ
ゾ素子の一端を粗動機構の試料に近い側の足部に固定さ
れた基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に
、探針を備え試料と探針との距離をトンネル電流が流れ
る距離に維持する第3方向のピエゾ素子の一端を連結部
材の試料に向かう面に固定し、連結部材と基台との間に
探針の第3方向の位置変化を拘束する軸部材を配設した
ことを特徴とする。
A fourth scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe;
It is equipped with a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample. It consists of two legs, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each leg, and during measurement, the leg farthest from the sample is in a clamped state, and the leg closest to the sample is in an unclamped state, In a scanning tunneling microscope whose fine movement mechanism has three piezo elements orthogonal to each other,
Of the three piezo elements of the fine movement mechanism, one end of each of the piezo elements in the first and second directions, which two-dimensionally scans the surface of the sample, is fixed to the foot of the coarse movement mechanism on the side closer to the sample. One end of a third-direction piezo element is fixed to the base, the other end is fixed to the connecting member, and is provided with a probe and maintains the distance between the sample and the probe at a distance through which tunneling current flows, and one end of the piezo element is attached to the sample of the connecting member. The present invention is characterized in that a shaft member is fixed to the facing surface and is disposed between the connecting member and the base to restrain the positional change of the probe in the third direction.

本発明に係る第5の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備え、粗動機構が試料に近い側
と遠い側の2つの足部とこれらの2らの足部を連結する
ピエゾ素子と各足部のクランプ機構とからなり、微動機
構が互いに直交する3つのピエゾ素子を有する走査型ト
ンネル顕微鏡において、微動機構の3つのピエゾ素子の
うち、試料の表面を2次元的に走査する第1方向及び第
2方向のピエゾ素子の一端を粗動機構の試料に近い側の
足部に固定された基台に固定し且つ他端を連結部材に固
定すると共に、探針を備え試料と探針との距離をトンネ
ル電流が流れる距離に保持する第3方向のピエゾ素子の
一端を連結部材の試料に向かう面に固定し、第3方向の
距離調整用のピエゾ素子を基台と連結部材との間に配設
し、測定時に試料に近い側の足部をクランプ状態にした
ことを特徴とする。
A fifth scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe;
It is equipped with a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample. In a scanning tunneling microscope in which the fine movement mechanism has three piezo elements orthogonal to each other, the fine movement mechanism consists of two legs, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each foot. Among the three piezo elements, one end of the piezo elements in the first direction and the second direction, which two-dimensionally scan the surface of the sample, is fixed to a base fixed to the foot of the coarse movement mechanism on the side closer to the sample. The other end is fixed to the connecting member, and one end of a third direction piezo element having a probe and maintaining the distance between the sample and the probe at a distance through which a tunneling current flows is fixed to the surface of the coupling member facing the sample. , a piezo element for adjusting the distance in the third direction is disposed between the base and the connecting member, and the leg on the side closer to the sample is in a clamped state during measurement.

本発明に係る第6の走査型トンネル顕微鏡は、前記第5
の構成において、距離調整用のピエゾ素子は、探針と試
料との距離が第3方向の微動用ピエゾ素子の可動範囲を
越えたとき、距離調整を行うことを特徴とする。
A sixth scanning tunneling microscope according to the present invention includes the fifth scanning tunneling microscope.
In this configuration, the distance adjustment piezo element performs distance adjustment when the distance between the probe and the sample exceeds the movable range of the fine movement piezo element in the third direction.

本発明に係る第7の走査型トンネル顕微鏡は、探針と、
この探針を試料に対しトンネル電流が流れる程度の距離
まで接近させる粗動機構と、探針を移動し試料の表面を
走査させる微動機構とを備える走査型トンネル顕微鏡に
おいて、比較的長い距離で探針を移動させる粗動機構に
対し、その移動距離よりも短い距離で探針を移動させる
移動機構を備えたことを特徴とする。
A seventh scanning tunneling microscope according to the present invention includes a probe;
A scanning tunneling microscope is equipped with a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample. The probe is characterized in that it is equipped with a movement mechanism that moves the probe by a distance shorter than the coarse movement mechanism that moves the needle.

本発明に係る第8の走査型トンネル顕微鏡は、前記第7
の構成において、粗動機構によってトンネル電流が流れ
るまで探針を移動し、トンネル電流が生じた後は探針を
所定距離まで後退させ、次に移動機構で再度トンネル電
流が流れる距離まで移動させた状態で微動機構を動作す
るようにしたことを特徴とする。
An eighth scanning tunneling microscope according to the present invention includes the seventh scanning tunneling microscope.
In this configuration, the probe is moved by a coarse movement mechanism until a tunneling current flows, and after the tunneling current occurs, the probe is retreated to a predetermined distance, and then the moving mechanism is moved again to a distance where a tunneling current flows. It is characterized in that the fine movement mechanism is operated in the state.

〔作用〕[Effect]

本発明による走査型トンネル顕微鏡では、互いに直交す
る3方向のそれぞれに微動用ピエゾ素子を有する走査型
トンネル顕微鏡であることを前提とし、3つの各ピエゾ
素子の間において、探針を試料表面の凹凸に追従して移
動させる方向のピエゾ素子が走査用のピエゾ素子を曲げ
ることなく無負荷の状態で動作するように構成される。
In the scanning tunneling microscope according to the present invention, it is assumed that the scanning tunneling microscope has piezoelectric elements for fine movement in each of three directions perpendicular to each other, and the probe is moved between the three piezoelectric elements to detect the irregularities on the surface of the sample. The piezo element in the direction of movement following the scanning piezo element is configured to operate in an unloaded state without bending the piezo element for scanning.

また同様に走査用のピエゾ素子が、試料表面追従用のピ
エゾ素子を曲げることなく動作するように構成される。
Similarly, the scanning piezo element is configured to operate without bending the sample surface tracking piezo element.

本発明による走査型トンネル顕微鏡では、粗動機構によ
る移動距離よりも短い距離の移動を行える距離調整用の
移動機構を設け、測定時には粗動機構の前足と後足をク
ランプして測定を行えるようにした。これによって系の
固有振動数を高め、高速な走査を可能とし、87M測定
の高分解能化を行える。
The scanning tunneling microscope according to the present invention is provided with a moving mechanism for distance adjustment that can move a distance shorter than that of the coarse moving mechanism, and the front and rear legs of the coarse moving mechanism can be clamped during measurement. I made it. This increases the natural frequency of the system, enables high-speed scanning, and increases the resolution of 87M measurements.

〔実施例〕〔Example〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明に係るSTMの第1実施例の側面図を示
す。第1図において、1は87Mベースであり、87M
ベース1は直交するように配置された2つの面1aと1
bを有するように形成される。面1aには試料ステージ
2が設置され、試料ステージ2は、Xステージ3とこれ
を案内するクロストローラベアリング4、Xステージ5
とこれを案内するクロストローラベアリング6で構成さ
れる。Xステージ3はX方向(第1図中紙面に直゛角な
方向)に移動自在であり、Xステージ5はy方向(面1
aの傾斜方向;X方向とy方向は直交している)に移動
自在である。Xステージ3とXステージ5の可動機構の
構成についての説明は省略される。Xステージ5の上面
にはホルダ台7が同段され、ホルダ台7の上には、試料
8を接着により取付けたホルダ9が、押えバネ1oで固
定されている。
FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of the STM according to the invention. In Figure 1, 1 is 87M base and 87M
The base 1 has two surfaces 1a and 1 arranged perpendicularly to each other.
b. A sample stage 2 is installed on the surface 1a, and the sample stage 2 includes an X stage 3, a cross roller bearing 4 that guides it, and an X stage 5.
and a cross roller bearing 6 that guides it. The X stage 3 is movable in the X direction (direction perpendicular to the paper plane in Figure 1), and the X stage 5 is movable in the y direction (plane 1
It is movable in the inclination direction of a; the X direction and the y direction are perpendicular to each other. A description of the configuration of the movable mechanisms of the X stage 3 and the X stage 5 will be omitted. A holder stand 7 is arranged on the upper surface of the X stage 5, and a holder 9 to which a sample 8 is attached by adhesive is fixed on the holder stand 7 by a presser spring 1o.

一方、81Mステージ1の面1bには、探針やその微動
機構及び粗動機構等からなるSTMの構成部分が設置さ
れる。試料8の表面に対し直角に配置された11は探針
であり、この探針11はネジ12で探針ホルダ13に固
定される。14と15は、試料8と探針11との間でト
ンネル電流が生じる距離まで探針11を試料8に近づけ
るための粗動機構であるインチワームの足であり、面1
bに配置されている。足14は試料8に近い前足、足1
5は試料8から遠い後足である。インチワームは、前足
14と後足15の機構により次のように移動する。ピエ
ゾアクチュエータ16にバネ17に打勝つように電圧を
印加し、クランパ18を延ばし、足14からクランパ1
8を離してアンクランプ状態にする。足15については
、クランパ19のピエゾアクチュエータ22の電圧をオ
フにし、バネ21で引き戻すことによりクランプ状態に
する。この状態において、前足14と後足15を連結す
るピエゾアクチュエータ22に電圧を印加するとピエゾ
アクチュエータ22が伸びる。次に、前足14の機構を
クランプ状態に切替え且つ後足15の機構をアンクラン
プ状態に切替えると共にピエゾアクチュエータ22の電
圧をオフにすると、前足14と後足15をそれぞれ1歩
前進する。以上の動作制御を繰り返すことにより、イン
チワームは前進することができ、この前進動作によりイ
ンチワーム上前端部に配設される探針11を大きな変位
で試料8に近づけることができる。
On the other hand, on the surface 1b of the 81M stage 1, components of the STM including a probe, its fine movement mechanism, coarse movement mechanism, etc. are installed. A probe 11 is arranged perpendicularly to the surface of the sample 8, and the probe 11 is fixed to a probe holder 13 with a screw 12. 14 and 15 are the legs of an inchworm, which is a coarse movement mechanism for bringing the probe 11 close to the sample 8 to a distance where a tunnel current is generated between the sample 8 and the probe 11;
It is located at b. Paw 14 is the front paw near sample 8, Paw 1
5 is the hind leg farthest from sample 8. The inchworm moves as follows by a mechanism of front legs 14 and hind legs 15. A voltage is applied to the piezo actuator 16 so as to overcome the spring 17, the clamper 18 is extended, and the clamper 1 is moved from the foot 14.
Release 8 to unclamp. As for the leg 15, the voltage of the piezo actuator 22 of the clamper 19 is turned off and the leg 15 is pulled back by the spring 21 to be in a clamped state. In this state, when a voltage is applied to the piezo actuator 22 connecting the front leg 14 and the rear leg 15, the piezo actuator 22 extends. Next, the mechanism of the front leg 14 is switched to the clamp state, the mechanism of the rear leg 15 is switched to the unclamped state, and the voltage of the piezo actuator 22 is turned off, so that the front leg 14 and the rear leg 15 each move one step forward. By repeating the above operation control, the inchworm can move forward, and this forward movement allows the probe 11 disposed at the upper front end of the inchworm to approach the sample 8 with a large displacement.

また、インチワームの前足14と後足15の各機構に対
し反対の動作制御を行うことにより後退することができ
る。なお前足14及び後足15は面1bに形成された溝
23に案内されて移動する。
Furthermore, the inchworm can move backward by controlling the respective mechanisms of its front legs 14 and hind legs 15 in opposite ways. Note that the front legs 14 and the hind legs 15 are guided by grooves 23 formed in the surface 1b to move.

次に第1図及び第2図に基づいて微動機構の構成につい
て説明する。第2図は第1図において■−U線から見た
微動機構の正面図である。前足14にはトライボッドベ
ース24が取付けられる。
Next, the configuration of the fine movement mechanism will be explained based on FIGS. 1 and 2. FIG. 2 is a front view of the fine movement mechanism seen from the line -U in FIG. 1. A tri-bod base 24 is attached to the front leg 14.

トライボッドベース24には、探針11を試料8の表面
上でX方向及びX方向に走査させるそれぞれのピエゾ素
子26.27の一端が連結され、ピエゾ素子26.27
の他端にはトライボッドヘッド25に連結される。こう
してトライボッドベース24上にはピエゾ素子26.2
7によって支持されたトライボッドヘッド25が配設さ
れる。ピエゾ素子26.27は直交する配置関係にある
One end of each piezo element 26.27 for scanning the probe 11 on the surface of the sample 8 in the X direction and in the X direction is connected to the tribod base 24, and the piezo element 26.27
The other end is connected to a tri-body head 25. In this way, the piezo element 26.2 is mounted on the tri-body base 24.
A tri-bod head 25 supported by 7 is disposed. The piezo elements 26 and 27 are orthogonally arranged.

トライボッドヘッド25の試料8に向かう面には、2方
向すなわち探針11を試料8の表面の凹凸に追従して微
動するピエゾ素子28の一端が接着等で取り付けられる
。ピエゾ素子28の他端には前述の探針ホルダ13が固
定される。探針ホルダ13に取り付けられた探針11は
試料8の表面に直角に臨む。
One end of a piezo element 28 that moves slightly in two directions, that is, by causing the probe 11 to follow the irregularities on the surface of the sample 8, is attached to the surface of the tri-bod head 25 facing the sample 8 by adhesive or the like. The aforementioned probe holder 13 is fixed to the other end of the piezo element 28. The probe 11 attached to the probe holder 13 faces the surface of the sample 8 at right angles.

以上によりピエゾトライボッドが形成され、このピエゾ
トライボッドは探針11を試料8の表面に沿って所定の
間隔を保持した状態で走査するように移動させ、もって
STM像を作成するための微動機構として動作する。ピ
エゾ素子28は探針11を試料8に対し試料表面の凹凸
に追従するように接近又は離反させる。2つのピエゾ素
子26゜27は探針11を試料8の表面上で走査させる
ためのものである。STM像を作成するとき試料8の表
面における傾斜や温度及び機械的なドリフトによって探
針11が2方向微動用のピエゾ素子28の動作可能範囲
から外れることがある。かかる事態に配慮して、インチ
ワームの前足14はアンクランプ状態、後足15はクラ
ンプ状態に保持され、前足14と後足15を連結するピ
エゾ素子22に印加する駆動電圧を調整することにより
、探針11と試料8の間隔を所定値に再調整できるよう
に構成されている。
Through the above steps, a piezo tribod is formed, and this piezo tribod has a fine movement mechanism for moving the probe 11 so as to scan along the surface of the sample 8 while maintaining a predetermined interval, thereby creating an STM image. operates as The piezo element 28 moves the probe 11 toward or away from the sample 8 so as to follow the unevenness of the sample surface. The two piezo elements 26 and 27 are used to scan the probe 11 over the surface of the sample 8. When creating an STM image, the probe 11 may deviate from the operable range of the piezo element 28 for two-direction fine movement due to the inclination, temperature, or mechanical drift on the surface of the sample 8. In consideration of this situation, the inchworm's front legs 14 are held in an unclamped state and its hind legs 15 are held in a clamped state, and by adjusting the drive voltage applied to the piezo element 22 that connects the front legs 14 and hind legs 15, It is configured so that the distance between the probe 11 and the sample 8 can be readjusted to a predetermined value.

試料ステージ2とSTM構成部分を搭載した前記の87
Mベース1は、3枚の金属板29,30゜31を介して
ベース32の上に設置される。ベージ32、金属板29
〜31.87Mベース1のそれぞれの間には、外部から
ベース32に振動が伝わるのを防ぐ目的で、ゴム部材3
3が介設されている。
The above-mentioned 87 equipped with sample stage 2 and STM components
The M base 1 is installed on a base 32 via three metal plates 29 and 30° 31. Beige 32, metal plate 29
~31.87M A rubber member 3 is installed between each of the bases 1 for the purpose of preventing vibrations from being transmitted to the base 32 from the outside.
3 is interposed.

上記の構成によれば、2方向の微動用ピエゾ素子28と
X方向及びX方向の微動用ピエゾ素子26.27とが互
いに影響を与えない構造となったため、ピエゾ素子28
を、走査用のピエゾ素子26.27を曲げることなく無
負荷の状態で動作させることができ、これによって試料
8の表面の凹凸形状への追従が向上し、2方向の測定分
解能が向上する。同様にしてx、  X方向の走査につ
いても2方向のピエゾ素子28を曲げることなく行うこ
とができるので、X方向及びX方向の分解能も向上する
According to the above configuration, the piezo element 28 for fine movement in two directions and the piezo element 26, 27 for fine movement in the X direction and the X direction have a structure that does not affect each other.
can be operated in an unloaded state without bending the scanning piezo elements 26 and 27, which improves tracking of the uneven shape of the surface of the sample 8 and improves the measurement resolution in two directions. Similarly, scanning in the x and X directions can be performed without bending the piezo elements 28 in the two directions, so that the resolution in the X and X directions is also improved.

STM測定時にはインチワームの前足14はアンクラン
プ状態にされ、前足14は面1bかられずかに離れてい
る。そのため剛性の低い粗動用のピエゾ素子22はバネ
として作用し、前足14とピエゾトライボッドとを質量
とする振動系が構成される。しかしながら、本実施例に
よる構成では、2方向のピエゾ素子28をトライボッド
ベース24に取り付けないようにしたためトライボッド
ベース24を小型φ軽量化することができ、系の固有振
動数を高くすることができるため高速で走査してもx、
y、zの各方向の分解能を向上させることができる。
At the time of STM measurement, the front legs 14 of the inchworm are in an unclamped state, and the front legs 14 are slightly separated from the surface 1b. Therefore, the piezo element 22 for coarse movement, which has low rigidity, acts as a spring, and a vibration system whose masses are the front leg 14 and the piezo tribod is constructed. However, in the configuration according to this embodiment, since the piezo elements 28 in two directions are not attached to the tri-body base 24, the tri-body base 24 can be made smaller and lighter in diameter, and the natural frequency of the system can be increased. Even if you scan at high speed,
The resolution in each direction of y and z can be improved.

次に第3図に基つきピエゾトライボッドの変更実施例に
ついて説明する。14はインチワームの前足であり、そ
の前端にトライボッドベース24が取り付けられ、更に
ピエゾ素子26.27、トライボッドヘッド25、ピエ
ゾ素子28、探針ホルダ13、探針11等については、
前記実施例の場合と同様な構成を有している。トライボ
ッドベース24の背面側にはL字型の連結部材41が固
設され、連結部材41はトライボッドベース24と一体
化される。連結部材41は、同一物でトライボッドベー
ス24と一体的に形成することもできる。この連結部材
41の先端部とトライボッドヘッド25との間において
Z方向の軸部材42が固定される。図中軸部材42の左
端は、2方向の微動用ピエゾ素子28が取り付けられた
トライボッドヘッド25の面の反対側の面に取り付けら
れる。また軸部材42の図中右端にはくびれ部42aが
形成される。
Next, a modified embodiment of the piezo tribod will be described based on FIG. Reference numeral 14 denotes the front legs of the inchworm, and a tri-bod base 24 is attached to the front end thereof, and piezo elements 26 and 27, a tri-bod head 25, a piezo element 28, a probe holder 13, a probe 11, etc. are as follows.
The configuration is similar to that of the previous embodiment. An L-shaped connecting member 41 is fixed to the back side of the tri-body base 24, and the connecting member 41 is integrated with the tri-body base 24. The connecting member 41 can also be formed integrally with the tri-body base 24 using the same material. A Z-direction shaft member 42 is fixed between the tip of the connecting member 41 and the tri-body head 25. In the figure, the left end of the shaft member 42 is attached to the surface opposite to the surface of the tri-bod head 25 to which the piezo element 28 for fine movement in two directions is attached. Further, a constricted portion 42a is formed at the right end of the shaft member 42 in the drawing.

上記構成はX及びyの方向の走査範囲が大きい広域測定
に好適である。走査範囲を大きくするには、通常X方向
とy方向のピエゾ素子26.27の長さを大きくする必
要がある。X方向とy方向のピエゾ素子26.27の長
さを大きくすると、トライボッドヘッド25等の加工、
組立て精度によりx、y方向に探針11を走査したとき
、2方向の変位が大きくなるので、軸部材42で2方向
の変位を拘束する。前記のくびれ部42aを設ける構造
により軸部材42は右端を中心に曲りやすい構造を有し
、X方向及びy方向のピエゾ素子26.27は大きな負
荷を有さす、容易に伸長動作することができる。本実施
例の構成によれば、広域測定を行えると同時に、x、y
、zの各方向の測定分解能を向上させることができる。
The above configuration is suitable for wide area measurement with a large scanning range in the X and y directions. In order to increase the scanning range, it is usually necessary to increase the lengths of the piezo elements 26 and 27 in the X and Y directions. If the lengths of the piezo elements 26 and 27 in the X and Y directions are increased, the processing of the tri-bod head 25, etc.
Due to assembly accuracy, when the probe 11 scans in the x and y directions, the displacement in two directions becomes large, so the shaft member 42 restrains the displacement in the two directions. Due to the structure in which the constricted portion 42a is provided, the shaft member 42 has a structure that is easy to bend around the right end, and the piezo elements 26 and 27 in the X direction and the y direction have a large load and can easily extend. . According to the configuration of this embodiment, it is possible to perform wide-area measurement, and at the same time
, z can be improved.

また本実施例の構造では、連結部材41を設けるように
したためピエゾトライボッドが重くなり、固有振動数が
低くなるが、広域測定の場合には低速で走査するので、
固有振動数の低下による分解能の低下は極めて小さいも
のとなる。
In addition, in the structure of this embodiment, since the connecting member 41 is provided, the piezo tribod becomes heavier and the natural frequency becomes lower, but in the case of wide area measurement, scanning is performed at a low speed, so
The decrease in resolution due to the decrease in natural frequency is extremely small.

第4図は本発明の他の実施例の構成を示す。第4図に示
された構成は大部分第1図に示された構成と同じであり
、同一要素には同一の符号を付している。この実施例で
は特にピエゾトライボッド部分の構造を変更している。
FIG. 4 shows the configuration of another embodiment of the present invention. The configuration shown in FIG. 4 is mostly the same as the configuration shown in FIG. 1, and the same elements are given the same reference numerals. In this embodiment, the structure of the piezo tribod part is particularly changed.

前記の各実施例の場合と同様に、インチワームの前足1
4の取り付けられたトライボッドベース24にX方向と
y方向のピエゾ素子26.27を配設し、更にピエゾ素
子26.27の上にトライボッドヘッド25を配設する
。トライボッドヘッド25の試料8に対向する面には2
方向微動用ピエゾ素子28、探針ホルダ13、探針11
等が組み付けられる。またトライボッドベース24の試
料8に向かって背面側の面にL字型の連結部材51が固
定され、この連結部材51とトライボッドヘッド25と
の間には2方向に伸縮する距離調整用のピエゾ素子52
が配設される。
As in each of the previous examples, the inchworm's front legs 1
Piezo elements 26 and 27 in the X direction and the y direction are arranged on the tri-bod base 24 to which No. 4 is attached, and the tri-bod head 25 is further arranged on the piezo elements 26 and 27. The surface of the tri-bod head 25 facing the sample 8 has two
Directional fine movement piezo element 28, probe holder 13, probe 11
etc. are assembled. Further, an L-shaped connecting member 51 is fixed to the back surface of the tri-bod base 24 facing the sample 8, and a distance adjusting member that expands and contracts in two directions is provided between the connecting member 51 and the tri-bod head 25. Piezo element 52
will be placed.

上記構成では、粗動機構であるインチワームの前足14
と後足15のクランプ及びアンクランプの制御、ピエゾ
アクチュエータ22の伸縮動作の制御を行うことにより
探針11と試料8との距離を調整し、探針11をトンネ
ル電流が流れるまで試料8に近づける。トンネル電流が
所定量流れた後、ピエゾアクチュエータ22の印加電圧
を低下し、前足14を所定の位置まで後退させてクラン
プする。次に2方向微動用のピエゾ素子28の伸び量が
最大になるように電圧を印加し、この状態で更に距離調
整用のピエゾ素子52の駆動電圧をを高くし、探針11
と試料8との間でトンネル電流が流れるまで探針11を
試料8に近づける。その後ピエゾ素子52の印加電圧を
更に向上し、ピエゾ素子52を伸長する。この時に、微
動用のピエゾ素子28はピエゾ素子52の伸びに対応し
てトンネル電流が一定に保持されるように収縮の制御が
行われる。この制御状態において、Z方向の微動用ピエ
ゾ素子28の伸び量の約半分の値、すなわちピエゾ素子
28の動作範囲のほぼ中間値となった時にピエゾ素子5
2の印加電圧を0にし、この状態でx、  yの各方向
の走査用ピエゾ素子26.27の動作を開始し、STM
像を作成する。
In the above configuration, the front legs 14 of the inchworm, which is the coarse movement mechanism,
The distance between the probe 11 and the sample 8 is adjusted by controlling the clamping and unclamping of the hind legs 15 and the expansion/contraction operation of the piezo actuator 22, and the probe 11 is brought close to the sample 8 until a tunneling current flows. . After a predetermined amount of tunnel current has flowed, the voltage applied to the piezo actuator 22 is lowered, and the front leg 14 is moved back to a predetermined position and clamped. Next, a voltage is applied so that the amount of elongation of the piezo element 28 for two-direction fine movement is maximized, and in this state, the drive voltage of the piezo element 52 for distance adjustment is further increased, and the probe 11
The probe 11 is brought close to the sample 8 until a tunnel current flows between the sample 8 and the sample 8. Thereafter, the voltage applied to the piezo element 52 is further increased, and the piezo element 52 is expanded. At this time, the contraction of the fine movement piezo element 28 is controlled so that the tunnel current is kept constant in accordance with the expansion of the piezo element 52. In this control state, when the amount of elongation of the piezo element 28 for fine movement in the Z direction reaches approximately half, that is, approximately the middle value of the operating range of the piezo element 28, the piezo element 5
The applied voltage of 2 is set to 0, and in this state, the operation of the scanning piezo elements 26 and 27 in each direction of x and y is started, and the STM
Create a statue.

上記の構成によれば、前記の各実施例と同様に、Z方向
の微動用ピエゾ素子28を、x、y方向の走査用ピエゾ
素子26.27を曲げることなく無負荷で動作させるこ
とができるので、試料8の表面形状への追従性が向上し
、Z方向の分解能が向上する。またZ方向の距離調整用
のピエゾ素子52を設けるようにしたため、インチワー
ムの前足14をクランプ状態に保持して87M測定する
ことができ、ピエゾアクチュエータ22に起因する系の
固有振動数の低下をなくすことができ、高い固有振動数
に保持することができる。この結果、高速での走査が可
能となり、特に高速走査時のX。
According to the above configuration, similarly to each of the embodiments described above, the piezo element 28 for fine movement in the Z direction can be operated with no load without bending the piezo elements 26 and 27 for scanning in the x and y directions. Therefore, the ability to follow the surface shape of the sample 8 is improved, and the resolution in the Z direction is improved. Furthermore, since the piezo element 52 for adjusting the distance in the Z direction is provided, it is possible to measure 87M while holding the front legs 14 of the inchworm in a clamped state, and the reduction in the natural frequency of the system caused by the piezo actuator 22 can be avoided. can be eliminated and maintained at a high natural frequency. As a result, high-speed scanning becomes possible, especially the X during high-speed scanning.

y、zの各方向の分解能をすべて向上させることができ
る。原子レベル或いはそれより1桁大きい表面形状を測
定する場合には、温度ドリフトの影響を避けるために特
に高速での走査が必要となる。
The resolution in both the y and z directions can be improved. When measuring surface topography at the atomic level or one order of magnitude larger, particularly high-speed scanning is required to avoid the effects of temperature drift.

この場合にはX方向及びy方向の走査範囲は小さいもの
となり、従ってピエゾ素子26.27は伸縮方向の長さ
が短いものを使用する。一方、トラィポッドヘッド25
と連結部材51の間に配設された2方向の距離調整用の
ピエゾ素子52はピエゾ素子26.27よりも長いもの
が使用されるので、曲がりゃすく、このため!、!走査
用のピエゾ素子の動作が容易となり、X方向及びy方向
の分解能も向上させることができる。
In this case, the scanning range in the X direction and the y direction is small, and therefore piezo elements 26 and 27 with short lengths in the expansion and contraction directions are used. On the other hand, Tripod Head 25
Since the piezo element 52 for distance adjustment in two directions disposed between the connecting member 51 and the piezo element 52 is longer than the piezo elements 26 and 27, it is difficult to bend. ,! The operation of the piezo element for scanning becomes easier, and the resolution in the X direction and the y direction can also be improved.

なお距離調整用のピエゾ素子52によって調整できる距
離はインチワームによって調整できる距離よりも短いも
のとなる。
Note that the distance that can be adjusted by the piezo element 52 for distance adjustment is shorter than the distance that can be adjusted by the inchworm.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、STM
の微動機構において、試料表面の凹凸に追従して動作さ
せる2方向のピエゾ素子はx、  y方向のピエゾ素子
を曲げることなく動作することができるので、負荷がな
くなり、分解能を向上することができる。また同様にし
にてx、y方向のピエゾ素子についても小さな負荷で動
作させることができ、それらの分解能を高めることがで
きる。
As is clear from the above description, according to the present invention, STM
In the fine movement mechanism, the two-direction piezo elements that operate by following the unevenness of the sample surface can operate without bending the x- and y-direction piezo elements, which eliminates the load and improves resolution. . Similarly, the piezo elements in the x and y directions can be operated with a small load, and their resolution can be improved.

またピエゾトライボッドを構造的に軽量化したため、固
有振動数を高めることができ、移動速度を高めることが
でき、高速化を達成することができる。
In addition, since the piezo tri-bod is structurally lighter, it is possible to increase the natural frequency, increase the moving speed, and achieve higher speeds.

また粗動機構の他に距離調整用の移動機構部を設けるよ
うにし、測定時に粗動機構であるインチワームの前足部
分をクランプ状態にすることができるので、固有振動数
を更に高め、高速走査を実現し、且っSTMの測定分解
能を向上させることができる。
In addition, a moving mechanism for distance adjustment is provided in addition to the coarse movement mechanism, and the front leg of the inchworm, which is the coarse movement mechanism, can be clamped during measurement, which further increases the natural frequency and enables high-speed scanning. It is possible to realize this and improve the measurement resolution of STM.

更に、基台とトライボッドヘッドとの間に所定の長さの
細部材を設けるようにしたものでは、走査用ピエゾ素子
の動作によって走査を行った時、トライボッドヘッドの
位置の変化を拘束することができ、位置変動のない適切
な走査を行うことができる。
Furthermore, in the case where a detail material of a predetermined length is provided between the base and the tri-bod head, changes in the position of the tri-bod head are restrained when scanning is performed by the operation of the scanning piezo element. This makes it possible to perform appropriate scanning without positional fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すSTMの要部側面図、
第2図は第1図中の■−■線から見た微動機構の正面図
、第3図はピエゾトライボッドの変更実施例を示す図、
第4図は本発明の他の実施例を示す第1図と同様な図で
ある。 〔符号の説明〕 1・拳・・・ 2 ・ −・ −・ 3・・・・・ 5・・−・・ 8・・・・・ 9・・・・・ 11・−a番 13φ・・・ 14・・・・ 15・・・・ 18.19ψ 22・・・・ 24・・・・ 25φ・・・ 26.27・ 41・・・・ 42・・・・ 51・・・− 52・・・・ ・37Mペース ・試料ステージ ・Xステージ ・yステージ ・試料 ・試料ホルダ ・探針 畢探針ホルダ ・インチワーム前足 ・インチワーム後足 一クランパ ・ピエゾアクチュエータ ・、トライボッドベース ・トライボッドヘッド ・走査用ピエゾ素子 ・連結部材 ・軸部材 ・連結部材 ・距離調整用のピエゾ素子 1・・・STMベース 2・・・試料ステージ 3・・Xステージ 9・・・ホルダ 11・・・探針 18.19・・・クランパ 22・・・ピエゾアクチュエータ 24・・・トライボッドベース 41・・・連結部材 42・・・軸部材 15・・・インチワーム後足
FIG. 1 is a side view of essential parts of an STM showing an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a front view of the fine movement mechanism seen from the line ■-■ in Figure 1, Figure 3 is a diagram showing a modified example of the piezo tribod,
FIG. 4 is a diagram similar to FIG. 1 showing another embodiment of the present invention. [Explanation of symbols] 1. Fist... 2. -. 14... 15... 18.19ψ 22... 24... 25φ... 26.27・ 41... 42... 51...- 52...・ ・37M pace・Sample stage・X stage・Y stage・Sample・Sample holder・Tip holder・Inchworm front legs・Inchworm hind legs・Clamper・Piezo actuator・Tribod base・Tribod head・Scanning piezo element for use, connection member, shaft member, connection member, piezo element for distance adjustment 1...STM base 2...sample stage 3...X stage 9...holder 11...probe 18.19 ... Clamper 22 ... Piezo actuator 24 ... Tri-bod base 41 ... Connection member 42 ... Shaft member 15 ... Inch worm rear leg

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)探針を備え、この探針を試料に対しトンネル電流
が流れる程度の距離まで接近させ、微動機構により前記
探針を移動し試料の表面を走査させる走査型トンネル顕
微鏡において、前記微動機構は、前記試料の表面を2次
元的に走査する第1方向及び第2方向のピエゾ素子と、
前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トン
ネル電流が流れる前記距離に保持する第3方向のピエゾ
素子とを有し、第1方向及び第2方向の前記ピエゾ素子
の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
共に、第3方向の前記ピエゾ素子の一端を前記連結部材
の前記試料に向かう面に固定したことを特徴とする走査
型トンネル顕微鏡。
(1) In a scanning tunneling microscope that is equipped with a probe, the probe is brought close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and the probe is moved by a fine movement mechanism to scan the surface of the sample, wherein the fine movement mechanism piezo elements in a first direction and a second direction that two-dimensionally scan the surface of the sample;
a third direction piezo element including the probe and maintaining the distance between the sample and the probe at the distance through which the tunneling current flows, and one end of the piezo element in the first direction and the second direction; A scanning tunneling microscope characterized in that the piezo element is fixed to a base, the other end is fixed to a connecting member, and one end of the piezo element in the third direction is fixed to a surface of the connecting member facing the sample.
(2)探針を備え、この探針を試料に対しトンネル電流
が流れる程度の距離まで接近させ、微動機構により前記
探針を移動し試料の表面を走査させる走査型トンネル顕
微鏡において、前記微動機構は、前記試料の表面を2次
元的に走査する第1方向及び第2方向のピエゾ素子と、
前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トン
ネル電流が流れる前記距離に保持する第3方向のピエゾ
素子とを有し、第1方向及び第2方向の前記ピエゾ素子
の一端を基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
共に、第3方向の前記ピエゾ素子の一端を前記連結部材
の前記試料に向かう面に固定し、前記連結部材の試料に
向かう前記面の反対側の面と前記基台との間に前記第3
方向の探針位置を調整する行う他のピエゾ素子を設けた
ことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
(2) In a scanning tunneling microscope that is equipped with a probe, the probe is brought close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and the probe is moved by a fine movement mechanism to scan the surface of the sample, wherein the fine movement mechanism piezo elements in a first direction and a second direction that two-dimensionally scan the surface of the sample;
a third direction piezo element including the probe and maintaining the distance between the sample and the probe at the distance through which the tunneling current flows, and one end of the piezo element in the first direction and the second direction; The piezo element is fixed to a base, and the other end is fixed to a connecting member, and one end of the piezo element in the third direction is fixed to a surface of the connecting member facing the sample, and the piezo element is fixed to a surface of the connecting member opposite to the surface facing the sample. Between the side surface and the base, the third
A scanning tunneling microscope characterized by being provided with another piezo element for adjusting the position of the probe in the direction.
(3)探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
粗動機構が試料に近い側と遠い側の2つの足部とこれら
の2つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
機構とからなり、測定時に試料に遠い足部をクランプ状
態且つ試料に近い足部をアンクランプ状態とし、前記微
動機構が互いに直交する3つのピエゾ素子を有する走査
型トンネル顕微鏡において、前記微動機構の前記3つの
ピエゾ素子のうち、前記試料の表面を2次元的に走査す
る第1方向及び第2方向のピエゾ素子の一端を前記粗動
機構の試料に近い側の足部に固定された基台に固定し且
つ他端を連結部材に固定すると共に、前記探針を備え前
記試料と前記探針との距離を前記トンネル電流が流れる
前記距離に保持する第3方向のピエゾ素子の一端を前記
連結部材の前記試料に向かう面に固定したことを特徴と
する走査型トンネル顕微鏡。
(3) comprising a probe, a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample; The mechanism consists of two legs, one close to the sample and one far from the sample, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each leg. During measurement, the leg that is farthest from the sample is clamped and attached to the sample. In a scanning tunneling microscope in which the near foot is in an unclamped state and the fine movement mechanism has three piezo elements orthogonal to each other, one of the three piezo elements of the fine movement mechanism scans the surface of the sample two-dimensionally. One end of the piezo elements in the first direction and the second direction is fixed to a base fixed to a foot portion of the coarse movement mechanism on the side closer to the sample, and the other end is fixed to a connecting member, and the probe is A scanning tunnel characterized in that one end of a third direction piezo element that maintains the distance between the sample and the probe at the distance through which the tunnel current flows is fixed to the surface of the connecting member facing the sample. microscope.
(4)探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
粗動機構が試料に近い側と遠い側の2つの足部とこれら
の2つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
機構とからなり、測定時に試料に遠い足部をクランプ状
態且つ試料に近い足部をアンクランプ状態とし、前記微
動機構が互いに直交する3つのピエゾ素子を有する走査
型トンネル顕微鏡において、前記微動機構の前記3つの
ピエゾ素子のうち、前記試料の表面を2次元的に走査す
る第1方向及び第2方向のそれぞれのピエゾ素子の一端
を前記粗動機構の試料に近い側の足部に固定された基台
に固定し且つ他端を連結部材に固定すると共に、前記探
針を備え前記試料と前記探針との距離を前記トンネル電
流が流れる前記距離に維持する第3方向のピエゾ素子の
一端を前記連結部材の前記試料に向かう面に固定し、前
記連結部材と前記基台との間に前記探針の第3方向の位
置変化を拘束する軸部材を配設したことを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡。
(4) A probe, a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample; The mechanism consists of two legs, one close to the sample and one far from the sample, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each leg. During measurement, the leg that is farthest from the sample is clamped and attached to the sample. In a scanning tunneling microscope in which the near foot is in an unclamped state and the fine movement mechanism has three piezo elements orthogonal to each other, one of the three piezo elements of the fine movement mechanism scans the surface of the sample two-dimensionally. One end of each of the piezo elements in the first direction and the second direction is fixed to a base fixed to the foot of the coarse movement mechanism on the side closer to the sample, and the other end is fixed to the connecting member, and One end of a third direction piezo element having a needle and maintaining the distance between the sample and the probe at the distance through which the tunneling current flows is fixed to the surface of the connecting member facing the sample, and A scanning tunneling microscope characterized in that a shaft member is disposed between the probe and the base to restrain a change in the position of the probe in the third direction.
(5)探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備え、前記
粗動機構が試料に近い側と遠い側の2つの足部とこれら
の2つの足部を連結するピエゾ素子と各足部のクランプ
機構とからなり、前記微動機構が互いに直交する3つの
ピエゾ素子を有する走査型トンネル顕微鏡において、前
記微動機構の前記3つのピエゾ素子のうち、前記試料の
表面を2次元的に走査する第1方向及び第2方向のピエ
ゾ素子の一端を前記粗動機構の試料に近い側の足部に固
定された基台に固定し且つ他端を連結部材に固定すると
共に、前記探針を備え前記試料と前記探針との距離を前
記トンネル電流が流れる前記距離に保持する第3方向の
ピエゾ素子の一端を前記連結部材の前記試料に向かう面
に固定し、第3方向の距離調整用のピエゾ素子を前記基
台と前記連結部材との間に配設し、測定時に前記試料に
近い側の足部をクランプ状態にしたことを特徴とする走
査型トンネル顕微鏡。
(5) A probe, a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample; The mechanism consists of two legs on a side near and far from the sample, a piezo element that connects these two legs, and a clamp mechanism for each leg, and the fine movement mechanism has three piezo elements that are orthogonal to each other. In the scanning tunneling microscope, among the three piezo elements of the fine movement mechanism, one end of the piezo elements in the first direction and the second direction that two-dimensionally scans the surface of the sample is located close to the sample of the coarse movement mechanism. A second probe is fixed to a base fixed to a side leg part, the other end is fixed to a connecting member, and is provided with the probe and maintains the distance between the sample and the probe at the distance through which the tunneling current flows. One ends of the piezo elements in three directions are fixed to the surface of the connecting member facing the sample, and a piezo element for distance adjustment in the third direction is disposed between the base and the connecting member. A scanning tunneling microscope characterized by a clamped foot on the side closer to the sample.
(6)請求項5記載の走査型トンネル顕微鏡において、
距離調整用の前記ピエゾ素子は、前記探針と前記試料と
の距離が第3方向の前記微動用ピエゾ素子の可動範囲を
越えたとき、距離調整を行うことを特徴とする走査型ト
ンネル顕微鏡。
(6) In the scanning tunneling microscope according to claim 5,
A scanning tunneling microscope, wherein the piezo element for distance adjustment adjusts the distance when the distance between the probe and the sample exceeds the movable range of the fine movement piezo element in a third direction.
(7)探針と、この探針を試料に対しトンネル電流が流
れる程度の距離まで接近させる粗動機構と、前記探針を
移動し試料の表面を走査させる微動機構とを備える走査
型トンネル顕微鏡において、比較的長い距離で探針を移
動させる前記粗動機構に対し、その移動距離よりも短い
距離で探針を移動させる移動機構を備えたことを特徴と
する走査型トンネル顕微鏡。
(7) A scanning tunneling microscope equipped with a probe, a coarse movement mechanism that brings the probe close to the sample to a distance that allows tunneling current to flow, and a fine movement mechanism that moves the probe to scan the surface of the sample. A scanning tunneling microscope characterized in that, in contrast to the coarse movement mechanism that moves the probe over a relatively long distance, a movement mechanism that moves the probe over a distance shorter than the coarse movement mechanism is provided.
(8)請求項7記載の走査型トンネル顕微鏡において、
前記粗動機構によってトンネル電流が流れるまで前記探
針を移動し、トンネル電流が生じた後は前記探針を所定
距離まで後退させ、次に前記移動機構で再度トンネル電
流が流れる距離まで移動させた状態で前記微動機構を動
作するようにしたことを特徴とする走査型トンネル顕微
鏡。
(8) In the scanning tunneling microscope according to claim 7,
The probe is moved by the coarse movement mechanism until a tunnel current flows, and after the tunnel current is generated, the probe is retreated to a predetermined distance, and then the probe is moved again by the movement mechanism to a distance where a tunnel current flows. A scanning tunneling microscope characterized in that the fine movement mechanism is operated in a state in which the fine movement mechanism is operated.
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