JPH0592618U - 探針走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平面像測定と分光測定を同時に行える探針走
査型顕微鏡を実現する。 【構成】 探針と、この探針の変位を検出する変位検出
回路と、この変位検出回路の出力とサーボ参照電圧Ｖ
_SVOを用いて前記探針と試料間に働く原子間力などの物
理量を一定になるようにサーボをかけるサーボ回路と、
前記試料をｘ，ｙ，ｚ方向に走査するための走査用のア
クチュエータと、この走査用アクチュエータの走査装置
と、前記試料に印加するバイアス電圧Ｖ_Bを発生または
変調する回路と前記探針と試料間に生じたトンネル電流
Ｉ_Tを検出して微分などの信号処理を行う回路と処理さ
れた測定結果を保存するメモリ回路とから成る測定回路
と、を備えた探針走査型顕微鏡において、前記測定回路
に対して前記試料に印加するバイアス電圧Ｖ_Bの変調／
非変調を指令するバイアス電圧変調指令Ｍ_ODLを出力す
る分光測定範囲指令回路を設けた構成としたことを特徴
とするものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、極微細構造の観察などに利用される探針走査型顕微鏡に関し、特に 観察領域中の任意の範囲で分光測定も行えるようにした装置に関するものである 。

【０００２】

【従来の技術】

探針走査型顕微鏡は、例えば、金属の探針を試料に対してトンネル電流が流れ る程度に接近させて、両者間に電圧を印加し、その時に流れるトンネル電流が一 定になるように両者間の距離を制御しながら探針を走査させた場合における制御 信号の変化から試料表面の形状を検出するものであり、分光測定は、このような 探針走査型顕微鏡を用いて、その測定時にそれぞれの測定点において走査系を保 持すると共に、探針と試料との距離を制御するアクチュエ−タの駆動電圧も保持 し、それらの制御を一時中断した状態で、探針と試料との間に印加する電圧を変 化させ、その時の電流の変化を測定することにより、分光を行うものである。

【０００３】 ここで、図４は従来の探針走査型顕微鏡の一例を示す構成図である。図３にお いて、１は探針、２は試料、３は探針１の変位を検出する変位検出回路、４は変 位検出回路３の出力とサーボ参照電圧Ｖ_SVOを用いて探針１と試料２の間に働く 原子間力を一定になるようにサーボをかけるサーボ回路、５，６，７は試料２を ｘ，ｙ，ｚ方向に走査するための走査用のアクチュエータ、８はｘ，ｙ方向の走 査用アクチュエータ５，６の走査装置、９は試料２に印加するバイアス電圧Ｖ_B を発生または変調するバイアス電圧発生回路と探針１と試料２の間に生じたトン ネル電流Ｉ_Tを検出して微分などの信号処理を行うトンネル電流検出・信号処理 回路と処理された測定結果を保存するデータメモリなどから構成される測定回路 である。

【０００４】 このような構成において、探針１を試料２に近づけると原子間力によって探針 １が撓む。この変位を変位検出回路３で検出して原子間力が一定になるようにサ ーボ回路４でサーボをかけ、試料２をｚアクチュエータ７によって上下させる。 一方、探針１と試料２の間には、トンネル電流Ｉ_Tが流れる。試料２に印加する バイアス電圧Ｖ_Bを一定とし、サーボをかけた状態で、試料２を走査装置８とｘ アクチュエータ５，ｙアクチュエータ６を用いてＸ軸，Ｙ軸に走査して、トンネ ル電流Ｉ_Tを測定することにより、平面像が得られる。また、Ｘ軸，Ｙ軸を固定 し、バイアス電圧Ｖ_Bを変調して、トンネル電流Ｉ_Tを測定すると、分光測定が行 える。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来技術に示す探針走査型顕微鏡においては、以下のよう な問題があった。 （１）走査に使用するアクチュエータには、ドリフトがあるため、一度平面像の 測定が終了した後、任意の箇所へ正確に探針を移動させて分光測定をすることは できない。 （２）走査中に分光測定を同時に行う方法は、データ数が膨大になるため、狭い 範囲の測定しかできない。

【０００６】 本考案は、このような上記従来技術の課題を踏まえて成されたものであり、分 光測定を行う範囲を指定する機能を持たせることにより、アクチュエータのドリ フトの影響を除外し、平面像測定と、分光測定を同時に行える探針走査型顕微鏡 を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案の構成は、 探針と、 この探針の変位を検出する変位検出回路と、 この変位検出回路の出力とサーボ参照電圧Ｖ_SVOを用いて前記探針と試料間に 働く原子間力などの物理量を一定になるようにサーボをかけるサーボ回路と、 前記試料をｘ，ｙ，ｚ方向に走査するための走査用のアクチュエータと、 この走査用アクチュエータの走査装置と、 前記試料に印加するバイアス電圧Ｖ_Bを発生または変調する回路と前記探針と 試料間に生じたトンネル電流Ｉ_Tを検出して微分などの信号処理を行う回路と処 理された測定結果を保存するメモリ回路とから成る測定回路と、 を備えた探針走査型顕微鏡において、 前記測定回路に対して前記試料に印加するバイアス電圧Ｖ_Bの変調／非変調を 指令するバイアス電圧変調指令Ｍ_ODLを出力する分光測定範囲指令回路を設けた 構成としたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】

本考案によれば、探針走査型顕微鏡に、走査範囲中の任意の範囲の分光測定を 行う機能を持たせており、アクチュエータのドリフトや、データ格納メモリの容 量に左右されない測定を行える。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。 図１は本考案の探針走査型顕微鏡の一実施例を示す構成図である。なお、図１ において図４と同一要素には同一符号を付してある。図１において、１は探針、 ２は試料であり、探針１は試料２に極接近した時、原子間力によって撓み、トン ネル電流Ｉ_Tが流れる構造になっている。３は探針１の変位を検出する変位検出 回路、４は変位検出回路３の出力とサーボ参照電圧Ｖ_SVOを比較して、探針１に 働く原子間力が一定となるように、ｚアクチュエータ７を上下させる信号を出力 するサーボ回路である。バイアス電圧Ｖ_Bは、測定回路９から試料２に出力され 、分光測定範囲指令回路１０によって変調または非変調となる。８はｘアクチュ エータ５とｙアクチュエータ６を駆動する走査装置であり、その出力信号は、Ｘ 軸がＸ_SCAN，Ｙ軸がＹ_SCANである。９はバイアス電圧Ｖ_Bを出力し、トンネル電 流Ｉ_Tの検出および微分などを行い、結果をメモリに保存する測定回路である。 １０は走査装置８からのＸ_SCAN，Ｙ_SCAN信号と上位コントローラからのＸ_max， Ｘ_min，Ｙ_max，Ｙ_min信号を入力として、 Ｘ_min≦Ｘ_SCAN≦Ｘ_max かつ、Ｙ_min≦Ｙ_SCAN≦Ｙ_max の時、バイアス電圧変調指令Ｍ_ODLを測定回路９に出力する分光測定範囲指令回 路である。

【００１０】 このような構成において、図２に示す４×４点の測定において、中央の４点（ 斜線部）のみ分光測定を行う場合について説明する。また、図３は図１中の各出 力信号を示す図である。 図１から図３において、走査装置８から出力される走査信号Ｘ_SCAN，Ｙ_SCANは 、図３（イ）および（ロ）に示すように、走査順序にしたがって０から３までの 信号を階段状に出力する。ここで、分光測定を行うのは、図２に示す （Ｘ_SCAN，Ｙ_SCAN）＝（１，１）、（１，２）、（２，１）、（２，２） の時のみであるから、分光測定範囲指令回路１０から測定回路９に出力されるバ イアス電圧変調指令Ｍ_ODLは、この４点のみ変調（図３（ハ）では、”１”）、 他の１２点では非変調（図３（ハ）では、”０”）の指令値となる。測定回路８ から出力されるバイアス電圧Ｖ_Bは、分光測定範囲指令回路１０からのバイアス 電圧変調指令Ｍ_ODLを受けて、図３（ニ）に示すように、４点のみ変調し、他の １２点では一定電圧となる。トンネル電流Ｉ_Tがサンプリングされて、データメ モリに格納されるタイミングは、図３（ホ）に示すように、バイアス電圧Ｖ_Bの 非変調時は、１点の測定につき１回であるが、変調時は１００回程度サンプリン グする。なお、図３（ホ）では１０回のサンプリングを行っている。 このような動作により、 ・走査信号（Ｘ_SCAN，Ｙ_SCAN）対トンネル電流Ｉ_Tの特性 ・バイアス電圧Ｖ_B対トンネル電流Ｉ_T（およびＩ_Tの微分値など）の特性 が同時に得られ、平面像測定と分光測定を同時に行うことができる。

【００１１】 なお、サーボをかける対象は、上記実施例にて示した原子間力に限らず、探針 と試料間に生ずる磁気力などを用いることも可能である。また、変調させる対象 は、バイアス電圧Ｖ_Bに限るものではなく、サーボ参照電圧Ｖ_SVOを変調させるこ とによっても可能である。

【００１２】

【考案の効果】

以上、実施例と共に具体的に説明したように、本考案によれば、アクチュエー タのドリフトやデータ格納メモリの容量に左右されない測定が行える効果があり 、平面像測定と分光測定を同時に行える探針走査型顕微鏡を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の探針走査型顕微鏡の一実施例を示す構
成図である。

【図２】試料面上の走査対象例を示す図である。

【図３】図１装置中の各出力信号を示す図である。

【図４】探針走査型顕微鏡の従来例である。

【符号の説明】

１ 探針 ２ 試料 ３ 変位検出回路 ４ サーボ回路 ５ ｘアクチュエータ ６ ｙアクチュエータ ７ ｚアクチュエ−タ ８ 走査装置 ９ 測定回路 １０ 分光測定範囲指令回路 Ｉ_T トンネル電流 Ｍ_ODL バイアス電圧変調指令 Ｖ_B バイアス電圧 Ｖ_SVO サーボ参照電圧

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 探針と、 この探針の変位を検出する変位検出回路と、 この変位検出回路の出力とサーボ参照電圧Ｖ_SVOを用い
   て前記探針と試料間に働く原子間力などの物理量を一定
   になるようにサーボをかけるサーボ回路と、 前記試料をｘ，ｙ，ｚ方向に走査するための走査用のア
   クチュエータと、 この走査用アクチュエータの走査装置と、 前記試料に印加するバイアス電圧Ｖ_Bを発生または変調
   する回路と前記探針と試料間に生じたトンネル電流Ｉ_T
   を検出して微分などの信号処理を行う回路と処理された
   測定結果を保存するメモリ回路とから成る測定回路と、 を備えた探針走査型顕微鏡において、 前記測定回路に対して前記試料に印加するバイアス電圧
   Ｖ_Bの変調／非変調を指令するバイアス電圧変調指令Ｍ
   _ODLを出力する分光測定範囲指令回路を設けた構成とし
   たことを特徴とする探針走査型顕微鏡。