JPH0510714A - 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
- JPH0510714A JPH0510714A JP16317991A JP16317991A JPH0510714A JP H0510714 A JPH0510714 A JP H0510714A JP 16317991 A JP16317991 A JP 16317991A JP 16317991 A JP16317991 A JP 16317991A JP H0510714 A JPH0510714 A JP H0510714A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bobbin
- piezo
- probe
- sample
- voltage
- 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】
【目的】粗動用ＸＹＺピエゾステージを付加することに
より、走査面積を200μｍ2 以上と広くできる走査型ト
ンネル顕微鏡を提供する。 【構成】探針３についている走査用ピエゾボビン４の他
に、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７を取り付けたことを
特徴とする。
より、走査面積を200μｍ2 以上と広くできる走査型ト
ンネル顕微鏡を提供する。 【構成】探針３についている走査用ピエゾボビン４の他
に、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７を取り付けたことを
特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型トンネル顕微
鏡に関する。
鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】1988 American Institute of Physic の
P1897-P1902にイリノイ大学により２重ボビン型ピエゾ
を使った走査型トンネル顕微鏡（以下、STMという。STM
は、Scannig Tunneling Microscope の略) が提唱され
ていて、我々はこの２重ボビン型STMを試作している。
このSTMを図５に示す。このSTMの特徴は、非常にコンパ
クトであることと、振動や熱などの雰囲気の影響を受け
にくいなど点で、非常に優れている。
P1897-P1902にイリノイ大学により２重ボビン型ピエゾ
を使った走査型トンネル顕微鏡（以下、STMという。STM
は、Scannig Tunneling Microscope の略) が提唱され
ていて、我々はこの２重ボビン型STMを試作している。
このSTMを図５に示す。このSTMの特徴は、非常にコンパ
クトであることと、振動や熱などの雰囲気の影響を受け
にくいなど点で、非常に優れている。
【０００３】図５の従来の２重ボビン型STMの動作原理
を簡単に説明する。試料の乗ったテーブル21を外側ピエ
ゾボビン22に鋸波を入力することによって、試料を探針
23に近づけ、トンネル電流が流れた途端にその動作を止
める。次に、内側ピエゾボビン24によって、探針23を試
料上に走査し、試料表面の凹凸を画像形成する。試料の
乗ったテーブル21を取り付けた外側ピエゾボビン22のテ
ーブル21の逆側及び探針23を取り付けた内側ピエゾボビ
ン24の探針23の逆側はマコールプレート25を介してベー
ス26に固着されている。尚、27はテーブルガイドであ
る。
を簡単に説明する。試料の乗ったテーブル21を外側ピエ
ゾボビン22に鋸波を入力することによって、試料を探針
23に近づけ、トンネル電流が流れた途端にその動作を止
める。次に、内側ピエゾボビン24によって、探針23を試
料上に走査し、試料表面の凹凸を画像形成する。試料の
乗ったテーブル21を取り付けた外側ピエゾボビン22のテ
ーブル21の逆側及び探針23を取り付けた内側ピエゾボビ
ン24の探針23の逆側はマコールプレート25を介してベー
ス26に固着されている。尚、27はテーブルガイドであ
る。
【０００４】図６を使い、この従来の２重ボビン型STM
の動作を説明する。図６からわかるように、試料の乗っ
たテーブル21を取り付けた外側ピエゾボビン22が邪魔を
して、探針23を取り付けた内側ピエゾボビン24の動きが
制限され、探針23の走査範囲が狭くなる。即ち、探針23
の当たる試料上の位置は取り付けた時に決まってしま
い、更に探針23の走査できる範囲も10〜30μｍ2 位と非
常に狭い範囲しかないので、観察したい部分を見つける
のは無理がある。例えば、ヘッドギャップ長を測定する
際に、ギャップを±３、４μｍ以内と正確に探針23を合
わせるのは不可能で、ヘッドギャップ長の測定は難し
い。
の動作を説明する。図６からわかるように、試料の乗っ
たテーブル21を取り付けた外側ピエゾボビン22が邪魔を
して、探針23を取り付けた内側ピエゾボビン24の動きが
制限され、探針23の走査範囲が狭くなる。即ち、探針23
の当たる試料上の位置は取り付けた時に決まってしま
い、更に探針23の走査できる範囲も10〜30μｍ2 位と非
常に狭い範囲しかないので、観察したい部分を見つける
のは無理がある。例えば、ヘッドギャップ長を測定する
際に、ギャップを±３、４μｍ以内と正確に探針23を合
わせるのは不可能で、ヘッドギャップ長の測定は難し
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の困難な点を解消するためになされたものであっ
て、200μｍ2 以上の走査面積を持ち、試料のセットを
容易にした走査型トンネル顕微鏡を提供することを課題
にしている。
な従来の困難な点を解消するためになされたものであっ
て、200μｍ2 以上の走査面積を持ち、試料のセットを
容易にした走査型トンネル顕微鏡を提供することを課題
にしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の走査型トンネ
ル顕微鏡は、探針についている走査用ピエゾボビンの他
に、粗動用ＸＹＺピエゾステージを取り付けたことを特
徴とする。
ル顕微鏡は、探針についている走査用ピエゾボビンの他
に、粗動用ＸＹＺピエゾステージを取り付けたことを特
徴とする。
【０００７】
【作用】このように、粗動用ＸＹＺピエゾステージを付
加することにより、走査面積を200μｍ2 以上と広くで
きる。
加することにより、走査面積を200μｍ2 以上と広くで
きる。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図４を参
照して説明する。まず、図１はこの発明の走査型トンネ
ル顕微鏡(STM)の一実施例の斜視図である。図１におい
て、この発明のSTMは、従来の２重ボビン型STMと２重ピ
エゾボビンから試料の乗ったテープルにかけて何ら変化
はない。即ち、動作原理は、試料の乗ったテーブル１を
外側ピエゾボビン２に鋸波を入力することによって、試
料を探針３に近づけ、トンネル電流が流れた途端にその
動作を止める。次に、内側ピエゾボビン４によって、探
針３を試料上に走査し、試料表面の凹凸を画像形成す
る。
照して説明する。まず、図１はこの発明の走査型トンネ
ル顕微鏡(STM)の一実施例の斜視図である。図１におい
て、この発明のSTMは、従来の２重ボビン型STMと２重ピ
エゾボビンから試料の乗ったテープルにかけて何ら変化
はない。即ち、動作原理は、試料の乗ったテーブル１を
外側ピエゾボビン２に鋸波を入力することによって、試
料を探針３に近づけ、トンネル電流が流れた途端にその
動作を止める。次に、内側ピエゾボビン４によって、探
針３を試料上に走査し、試料表面の凹凸を画像形成す
る。
【０００９】この発明の特徴は、外側ピエゾボビン２と
内側ピエゾボビン４が従来のように、同一のマコールプ
レートに配置されているのでなく、内側ピエゾボビン４
はマコールブッシュ５に取り付けられ、取り付けプレー
ト６を介して、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７に接続さ
れる。そして、外側ピエゾボビン２は中空マコールプレ
ート８に固定される。尚、９はベースであり、10はテー
ブルガイドである。
内側ピエゾボビン４が従来のように、同一のマコールプ
レートに配置されているのでなく、内側ピエゾボビン４
はマコールブッシュ５に取り付けられ、取り付けプレー
ト６を介して、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７に接続さ
れる。そして、外側ピエゾボビン２は中空マコールプレ
ート８に固定される。尚、９はベースであり、10はテー
ブルガイドである。
【００１０】このような構造を取ることにより、外側ピ
エゾボビン２から見て、内側ピエゾボビン４はＸ−Ｙ方
向（探針３の長軸方向をＺ軸とする）に独立して駆動で
きることになる。粗動用ＸＹＺピエゾステージ付き２重
ボビン型STMの走査方法を説明する。まず、サンプルア
プローチであるが、顕微鏡下に、予め探針３が来る位置
に位置決めをして、試料をその乗せるテーブル１に取り
付け、図２に示すように、STMのテーブルガイド10にセ
ットする。この図２は、ピエゾ無通電状態を示す。
エゾボビン２から見て、内側ピエゾボビン４はＸ−Ｙ方
向（探針３の長軸方向をＺ軸とする）に独立して駆動で
きることになる。粗動用ＸＹＺピエゾステージ付き２重
ボビン型STMの走査方法を説明する。まず、サンプルア
プローチであるが、顕微鏡下に、予め探針３が来る位置
に位置決めをして、試料をその乗せるテーブル１に取り
付け、図２に示すように、STMのテーブルガイド10にセ
ットする。この図２は、ピエゾ無通電状態を示す。
【００１１】次に、図３に示すように、トンネル電圧を
モニターしながら外側ピエゾボビン２に鋸波電圧を加え
ることにより、スティックスリップを起こさせながら試
料を乗せたテーブル１を探針３側に引き寄せる。つま
り、外側ビエゾボビン２が瞬間的に延びた時、試料を乗
せたテーブル１はスリップして動かず（図３のＡ）、逆
にゆっくり縮んだ時、摩擦力でテーブルガイド10と一緒
に探針３側に引き寄せられる（図３のＢ）。この動作を
繰り返す。試料を乗せたテーブル１と探針３が限界まで
接近し、試料表面と探針３との間にトンネル電流が流れ
た途端に、外側ビエゾボビン２への電圧供給を停止させ
て、試料を乗せたテーブル１を止める。同時に内側ピエ
ゾボビン４の電圧を加えて縮ませ、探針３と試料のぶつ
かるのを阻止する。ここで、スタンバイ状態となるの
で、この後、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７をフルスト
ローク使って検出したい箇所を探し、その部分を画像化
する。粗動用ＸＹＺピエゾステージ７を使った走査範囲
拡大については図４に示してあるように、例えば＋Ｙ方
向に走査する場合、従来の場合（図６）、外側ピエゾボ
ビンの内径が可動範囲であったものが、粗動用ＸＹＺピ
エゾステージ７付きSTMの場合、粗動用ピエゾステージ
７の可動範囲も加味されて、走査範囲が大きく広がる。
モニターしながら外側ピエゾボビン２に鋸波電圧を加え
ることにより、スティックスリップを起こさせながら試
料を乗せたテーブル１を探針３側に引き寄せる。つま
り、外側ビエゾボビン２が瞬間的に延びた時、試料を乗
せたテーブル１はスリップして動かず（図３のＡ）、逆
にゆっくり縮んだ時、摩擦力でテーブルガイド10と一緒
に探針３側に引き寄せられる（図３のＢ）。この動作を
繰り返す。試料を乗せたテーブル１と探針３が限界まで
接近し、試料表面と探針３との間にトンネル電流が流れ
た途端に、外側ビエゾボビン２への電圧供給を停止させ
て、試料を乗せたテーブル１を止める。同時に内側ピエ
ゾボビン４の電圧を加えて縮ませ、探針３と試料のぶつ
かるのを阻止する。ここで、スタンバイ状態となるの
で、この後、粗動用ＸＹＺピエゾステージ７をフルスト
ローク使って検出したい箇所を探し、その部分を画像化
する。粗動用ＸＹＺピエゾステージ７を使った走査範囲
拡大については図４に示してあるように、例えば＋Ｙ方
向に走査する場合、従来の場合（図６）、外側ピエゾボ
ビンの内径が可動範囲であったものが、粗動用ＸＹＺピ
エゾステージ７付きSTMの場合、粗動用ピエゾステージ
７の可動範囲も加味されて、走査範囲が大きく広がる。
【００１２】今回使用した粗動用ＸＹＺピエゾステージ
７は、株式会社日立製作所製の多軸微細位置決め装置NA
3010-XYZであり、分解能は20nmもあり、非常に高精度な
位置決めが可能となる。また、この他に、ストロークの
大きいものを使用すれば、より広範囲な走査が可能とな
る。
７は、株式会社日立製作所製の多軸微細位置決め装置NA
3010-XYZであり、分解能は20nmもあり、非常に高精度な
位置決めが可能となる。また、この他に、ストロークの
大きいものを使用すれば、より広範囲な走査が可能とな
る。
【００１３】
【発明の効果】このように、粗動用ＸＹＺピエゾステー
ジを付加することにより、200μｍ2 以上のこ広範囲
の観察が可能となった。解像度は最小数、原子程度と
変わらないので、粗動ＸＹＺピエゾステージの可動範囲
内の任意点に対して高解像度の観察が可能となった。
光学顕微鏡を使用して、試料を観察したい位置に位置決
めすることができるようになった。
ジを付加することにより、200μｍ2 以上のこ広範囲
の観察が可能となった。解像度は最小数、原子程度と
変わらないので、粗動ＸＹＺピエゾステージの可動範囲
内の任意点に対して高解像度の観察が可能となった。
光学顕微鏡を使用して、試料を観察したい位置に位置決
めすることができるようになった。
【図１】この発明の走査型トンネル顕微鏡の一実施例の
斜視図
斜視図
【図２】この発明のピエゾ無通電状態の動作原理図
【図３】この発明のピエゾ通電状態の動作原理図
【図４】この発明の走査型トンネル顕微鏡の走査範囲拡
大の説明図
大の説明図
【図５】従来の走査型トンネル顕微鏡の斜視図
【図６】従来の走査型トンネル顕微鏡の走査範囲説明図
１ 試料を乗せたテーブル ２ 外側ピエゾボビン ３ 探針 ４ 内側ピエゾボビン ５ マコールブッシュ ６ 取り付けプレート ７ 粗動用ＸＹＺピエゾボビン ８ 中空マコールプレート ９ ベース 10 テーブルガイド
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 探針についている走査用ピエゾボビンの
他に、粗動用ＸＹＺピエゾステージを取り付けたことを
特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16317991A JPH0510714A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16317991A JPH0510714A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510714A true JPH0510714A (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=15768749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16317991A Pending JPH0510714A (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0510714A (ja) |
-
1991
- 1991-07-04 JP JP16317991A patent/JPH0510714A/ja active Pending
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