JPH05302806A - 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
- JPH05302806A JPH05302806A JP13160492A JP13160492A JPH05302806A JP H05302806 A JPH05302806 A JP H05302806A JP 13160492 A JP13160492 A JP 13160492A JP 13160492 A JP13160492 A JP 13160492A JP H05302806 A JPH05302806 A JP H05302806A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bobbin
- piezo
- scanning
- sample
- probe
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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】 ２重ボビン型走査型トンネル顕微鏡の走査面
積を広くする。 【構成】 外側ボビン４をも分割電極４ｂを設けてＸＹ
走査し、これにより内側ボビン５と外側ボビン４とを差
動走査できるので、走査範囲が広くなる。
積を広くする。 【構成】 外側ボビン４をも分割電極４ｂを設けてＸＹ
走査し、これにより内側ボビン５と外側ボビン４とを差
動走査できるので、走査範囲が広くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型トンネル顕微
鏡に関するものである。
鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８８年のアメリカン・インスティチ
ュート・オブ・フィズィックス（ American Institute
of Physic ）の１８９７頁〜１９０２頁に，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、Scanning Tun
neling Microscope の略）が提唱されている。我々発明
者はこの２重ボビン型ＳＴＭを試作している。このＳＴ
Ｍ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の点で、優れている。
ュート・オブ・フィズィックス（ American Institute
of Physic ）の１８９７頁〜１９０２頁に，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、Scanning Tun
neling Microscope の略）が提唱されている。我々発明
者はこの２重ボビン型ＳＴＭを試作している。このＳＴ
Ｍ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の点で、優れている。
【０００３】図１を用いて、２重ボビン型ＳＴＭの構造
を説明する。断面Ｌ字状のベース１の垂直面に円板状の
アイソレーション２を介して、同じく円板状のマコール
プレート３が固定されている。このマコールプレート３
上に試料アプローチ用の外側ピエゾボビン４とＸＹスキ
ャニング用の内側ピエゾボビン５が配設されている。内
側ピエゾボビン５には探針６が、外側ピエゾボビン４に
は、試料を乗せたテーブル９を案内するガイド８が取り
付けられている。
を説明する。断面Ｌ字状のベース１の垂直面に円板状の
アイソレーション２を介して、同じく円板状のマコール
プレート３が固定されている。このマコールプレート３
上に試料アプローチ用の外側ピエゾボビン４とＸＹスキ
ャニング用の内側ピエゾボビン５が配設されている。内
側ピエゾボビン５には探針６が、外側ピエゾボビン４に
は、試料を乗せたテーブル９を案内するガイド８が取り
付けられている。
【０００４】この２重ボビン型ＳＴＭの動作原理を簡単
に説明する。試料を乗せたテーブル９は、外側ピエゾボ
ビン４に鋸波を入力することによって、試料を探針６に
近づけ、トンネル電流が流れると同時にその接近動作を
止める。次に、内側ピエゾボビン５によって、探針６を
試料上に走査し、試料表面の電子雲の形状を画像形成す
る。
に説明する。試料を乗せたテーブル９は、外側ピエゾボ
ビン４に鋸波を入力することによって、試料を探針６に
近づけ、トンネル電流が流れると同時にその接近動作を
止める。次に、内側ピエゾボビン５によって、探針６を
試料上に走査し、試料表面の電子雲の形状を画像形成す
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査範
囲が例えば２μｍ2 と非常に狭かった。このため、例え
ば、ビデオテープレコーダーのヘッドチップのギャップ
近傍の観察は、ヘッド位置合わせが困難であった。
囲が例えば２μｍ2 と非常に狭かった。このため、例え
ば、ビデオテープレコーダーのヘッドチップのギャップ
近傍の観察は、ヘッド位置合わせが困難であった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点を解消
するためになされたものであって、走査範囲を広くとる
ことが可能な、走査型トンネル顕微鏡を提供することに
ある。
するためになされたものであって、走査範囲を広くとる
ことが可能な、走査型トンネル顕微鏡を提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ベースに、試料アプローチ用の外側ピエ
ゾボビンとＸＹスキャニング用の内側ピエゾボビンが配
設され、内側ピエゾボビンには探針が、外側ピエゾボビ
ンには試料を乗せたテーブルを案内するガイドが配設さ
れた走査型トンネル顕微鏡において、外側ピエゾボビン
に分割電極を取り付けてＸＹ走査できるようにした。
に、本発明は、ベースに、試料アプローチ用の外側ピエ
ゾボビンとＸＹスキャニング用の内側ピエゾボビンが配
設され、内側ピエゾボビンには探針が、外側ピエゾボビ
ンには試料を乗せたテーブルを案内するガイドが配設さ
れた走査型トンネル顕微鏡において、外側ピエゾボビン
に分割電極を取り付けてＸＹ走査できるようにした。
【０００８】
【作用】内側ピエゾボビンおよび外側ピエゾボビンをＸ
Ｙ走査するため、差動走査することにより、走査範囲を
極めて広くすることができる。
Ｙ走査するため、差動走査することにより、走査範囲を
極めて広くすることができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００１０】図１において、Ｌ字状のベース１は、軽量
で耐久性の高いジュラルミンにより構成してあり、ベー
ス１の垂直面上に、ＰＯＭアイソレーション２を介し
て、絶縁材であるマコールプレート３がボルト等により
固定されている。そして、マコールプレート３上に試料
アプローチおよびＸＹスキャニングを行う外側ピエゾボ
ビン４と、ＸＹスキャニングを行う内側ピエゾボビン５
が配設してある。
で耐久性の高いジュラルミンにより構成してあり、ベー
ス１の垂直面上に、ＰＯＭアイソレーション２を介し
て、絶縁材であるマコールプレート３がボルト等により
固定されている。そして、マコールプレート３上に試料
アプローチおよびＸＹスキャニングを行う外側ピエゾボ
ビン４と、ＸＹスキャニングを行う内側ピエゾボビン５
が配設してある。
【００１１】内側ピエゾボビン５には、マコールプレー
ト３側とは反対側に、絶縁材であるマコールを介して探
針６が接続してある。
ト３側とは反対側に、絶縁材であるマコールを介して探
針６が接続してある。
【００１２】次に、外側ピエゾボビン４には、マコール
プレート３側とは反対側に、絶縁材であるマコールを介
して、試料ベース７が接続される。試料ベース７には、
試料１０（図３参照）を乗せたテーブル９を案内する２
本の棒状のガイド８が平行に取り付けてある。
プレート３側とは反対側に、絶縁材であるマコールを介
して、試料ベース７が接続される。試料ベース７には、
試料１０（図３参照）を乗せたテーブル９を案内する２
本の棒状のガイド８が平行に取り付けてある。
【００１３】そして、内側ピエゾボビン５および外側ピ
エゾボビン４の長さを５０ｍｍにしてある。
エゾボビン４の長さを５０ｍｍにしてある。
【００１４】次に、内側ピエゾボビン５および外側ピエ
ゾボビン４は、図２に示すように、いずれも、内側が全
面アース電極５ａ，４ａで、外側が１ｍｍの不感帯を挟
んで４分割の電極５ｂ，４ｂにしてある。
ゾボビン４は、図２に示すように、いずれも、内側が全
面アース電極５ａ，４ａで、外側が１ｍｍの不感帯を挟
んで４分割の電極５ｂ，４ｂにしてある。
【００１５】次に、本発明の２重ボビン型ＳＴＭの走査
方法を図３，図４を用いて説明する。なお、図３におい
ては、わかりやすいように内側ピエゾボビン５と外側ピ
エゾボビン４との長さを変えて作図してある。
方法を図３，図４を用いて説明する。なお、図３におい
ては、わかりやすいように内側ピエゾボビン５と外側ピ
エゾボビン４との長さを変えて作図してある。
【００１６】まず、図３（ａ）において、サンプルアプ
ローチを行うに際して、顕微鏡下に、予め探針６が来る
位置に位置決めをして、試料１０をその乗せるテーブル
９に取り付け、このテーブル９を、ＳＴＭのガイド８の
上に乗せてセットする。
ローチを行うに際して、顕微鏡下に、予め探針６が来る
位置に位置決めをして、試料１０をその乗せるテーブル
９に取り付け、このテーブル９を、ＳＴＭのガイド８の
上に乗せてセットする。
【００１７】次に、図３（ａ）の無通電状態から、図３
（ｂ）（ｃ）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４の４つの分割電極４ｂの全て
に同一の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９を探針６
側に引き寄せる。すなわち、外側ピエゾボビン４が瞬間
的に延びた時、試料を乗せたテーブル９はスリップして
動かず（図３（ｂ））、逆に、ゆっくり縮んだ時、摩擦
力でガイド８と一緒に探針６側に引き寄せられる（図３
（ｃ））ので、この動作を繰り返すことにより、試料を
乗せたテーブル９は徐々に探針６側に引き寄せられる。
（ｂ）（ｃ）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４の４つの分割電極４ｂの全て
に同一の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９を探針６
側に引き寄せる。すなわち、外側ピエゾボビン４が瞬間
的に延びた時、試料を乗せたテーブル９はスリップして
動かず（図３（ｂ））、逆に、ゆっくり縮んだ時、摩擦
力でガイド８と一緒に探針６側に引き寄せられる（図３
（ｃ））ので、この動作を繰り返すことにより、試料を
乗せたテーブル９は徐々に探針６側に引き寄せられる。
【００１８】そして、試料を乗せたテーブル９と探針６
が限界まで接近し、試料１０表面と探針６との間にトン
ネル電流が流れると同時に、外側ピエゾボビン４への電
圧供給を停止させて、試料を乗せたテーブル９を止め
る。そしてこれと同時に内側ピエゾボビン５へ電圧を加
えて瞬時に縮ませ、探針６と試料１０の衝突を阻止す
る。その後、内側ピエゾボビン５に緩やかに電圧をか
け、再びトンネル電流が流れたところで、内側ピエゾボ
ビン５への印加電圧を保持する。この状態でスタンバイ
となる。
が限界まで接近し、試料１０表面と探針６との間にトン
ネル電流が流れると同時に、外側ピエゾボビン４への電
圧供給を停止させて、試料を乗せたテーブル９を止め
る。そしてこれと同時に内側ピエゾボビン５へ電圧を加
えて瞬時に縮ませ、探針６と試料１０の衝突を阻止す
る。その後、内側ピエゾボビン５に緩やかに電圧をか
け、再びトンネル電流が流れたところで、内側ピエゾボ
ビン５への印加電圧を保持する。この状態でスタンバイ
となる。
【００１９】そこで、解析したい部分を内側ピエゾボビ
ン５および外側ボビン４を使って、ＸＹ走査する。即
ち、図４において、Ｘ方向負の側に走査する場合には、
内側ボビン５のＸ方向に相対する分割電極５ｂに逆方向
の電圧を印加することにより、内側ボビン５に接続して
いる探針６をＸ方向負の側に動かす。次に、外側ボビン
４のＸ方向に相対する分割電極４ｂに逆方向の電圧を印
加することにより、外側ボビン４に接続しているガイド
８の上に載置してある試料テーブル９をＸ方向正の側に
動かす。これにより試料テーブル９に乗せてある試料１
０はＸ方向正の側に動く。これにより、探針６と試料１
０とが、Ｘ方向の負の側と正の側とに差動するので、探
針６を試料１０に対してＸ方向の負の側に大きな範囲で
操作することができる。Ｘ方向正の側に走査する場合に
は、上記と反対の電圧を各ピエゾボビン５，４に印加す
る。Ｙ方向正の側，負の側に走査する場合にも、上記と
同様にして行う。このようにして、広い走査範囲を得る
ことができる。
ン５および外側ボビン４を使って、ＸＹ走査する。即
ち、図４において、Ｘ方向負の側に走査する場合には、
内側ボビン５のＸ方向に相対する分割電極５ｂに逆方向
の電圧を印加することにより、内側ボビン５に接続して
いる探針６をＸ方向負の側に動かす。次に、外側ボビン
４のＸ方向に相対する分割電極４ｂに逆方向の電圧を印
加することにより、外側ボビン４に接続しているガイド
８の上に載置してある試料テーブル９をＸ方向正の側に
動かす。これにより試料テーブル９に乗せてある試料１
０はＸ方向正の側に動く。これにより、探針６と試料１
０とが、Ｘ方向の負の側と正の側とに差動するので、探
針６を試料１０に対してＸ方向の負の側に大きな範囲で
操作することができる。Ｘ方向正の側に走査する場合に
は、上記と反対の電圧を各ピエゾボビン５，４に印加す
る。Ｙ方向正の側，負の側に走査する場合にも、上記と
同様にして行う。このようにして、広い走査範囲を得る
ことができる。
【００２０】また、ボビン長さを５０ｍｍにしたので、
これによっても、内側ボビン５および外側ボビン４の自
由端部での動きが大きくなり、内側ボビン５および外側
ボビン４を差動走査することに併せて、更に走査範囲を
広くすることができる。
これによっても、内側ボビン５および外側ボビン４の自
由端部での動きが大きくなり、内側ボビン５および外側
ボビン４を差動走査することに併せて、更に走査範囲を
広くすることができる。
【００２１】本出願人は、本実施例を実施した結果、走
査面積が２００μｍ2となり、従来の内側ボビン５のみ
を走査し、かつピエゾボビンの長さが１５ｍｍであった
場合の走査面積２μｍ2に比し、１００倍の極めて大き
な走査範囲が得られた。
査面積が２００μｍ2となり、従来の内側ボビン５のみ
を走査し、かつピエゾボビンの長さが１５ｍｍであった
場合の走査面積２μｍ2に比し、１００倍の極めて大き
な走査範囲が得られた。
【００２２】このようにしてＸＹ走査して、例えばビデ
オテープレコーダーのヘッドチップのギャップ近傍の観
察したい部分の位置合わせを行うと、次に、トンネル電
流を増幅（定ハイトモード）するか、または内側ピエゾ
ボビン５の駆動電圧を増幅（定電流モード）することに
より、試料１０表面の電子雲の形状等を画像化して、所
定の解析を行う。
オテープレコーダーのヘッドチップのギャップ近傍の観
察したい部分の位置合わせを行うと、次に、トンネル電
流を増幅（定ハイトモード）するか、または内側ピエゾ
ボビン５の駆動電圧を増幅（定電流モード）することに
より、試料１０表面の電子雲の形状等を画像化して、所
定の解析を行う。
【００２３】
【発明の効果】本発明は外側ピエゾボビンをも分割電極
を取り付けてＸＹ走査するため、走査範囲を極めて広く
することができる。
を取り付けてＸＹ走査するため、走査範囲を極めて広く
することができる。
【図１】本発明の走査型トンネル顕微鏡の斜視図であ
る。
る。
【図２】図１の走査型トンネル顕微鏡のピエゾボビン部
の断面図である。
の断面図である。
【図３】スティックスリップの説明図であり、同図
（ａ）はピエゾ無通電状態，同図（ｂ）は外側ピエゾの
全ての分割電極に同電圧をかけ瞬間的に延ばす状態，同
図（ｃ）は外側ピエゾの全ての分割電極に逆電圧を徐々
にかけゆっくり縮める状態を示す。
（ａ）はピエゾ無通電状態，同図（ｂ）は外側ピエゾの
全ての分割電極に同電圧をかけ瞬間的に延ばす状態，同
図（ｃ）は外側ピエゾの全ての分割電極に逆電圧を徐々
にかけゆっくり縮める状態を示す。
【図４】内側ピエゾボビンと外側ピエゾボビンとを差動
走査して走査範囲を大きくする原理をＸ方向について示
す説明図である。
走査して走査範囲を大きくする原理をＸ方向について示
す説明図である。
１ ベース ４ 外側ピエゾボビン ４ｂ 分割電極 ５ 内側ピエゾボビン ６ 探針 ８ ガイド ９ テーブル １０ 試料
Claims (1)
- 【請求項１】 ベースに、試料アプローチ用の外側ピエ
ゾボビンとＸＹスキャニング用の内側ピエゾボビンが配
設され、内側ピエゾボビンには探針が、外側ピエゾボビ
ンには試料を乗せたテーブルを案内するガイドが配設さ
れた走査型トンネル顕微鏡において、 上記外側ピエゾボビンに分割電極を取り付けてＸＹ走査
できるようにし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 |
|---|---|---|---|
| JP13160492A JPH05302806A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13160492A JPH05302806A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302806A true JPH05302806A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=15061950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13160492A Pending JPH05302806A (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302806A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102866266A (zh) * | 2012-09-07 | 2013-01-09 | 上海交通大学 | 三维微驱四电极可置换探头 |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP13160492A patent/JPH05302806A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102866266A (zh) * | 2012-09-07 | 2013-01-09 | 上海交通大学 | 三维微驱四电极可置换探头 |
| CN102866266B (zh) * | 2012-09-07 | 2014-08-06 | 上海交通大学 | 三维微驱四电极可置换探头 |
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