JPH06117809A - 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
- JPH06117809A JPH06117809A JP4265233A JP26523392A JPH06117809A JP H06117809 A JPH06117809 A JP H06117809A JP 4265233 A JP4265233 A JP 4265233A JP 26523392 A JP26523392 A JP 26523392A JP H06117809 A JPH06117809 A JP H06117809A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bobbin
- sample
- piezo
- guide
- scanning
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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範囲
を広くすることを目的とする。 【構成】試料テーブルの2重化と、外側ピエゾボビン4
のX方向電極4bに鋸波電圧を印加することによって、
試料10をX方向に移動することができるので、X方向
の走査範囲が広くなる。
を広くすることを目的とする。 【構成】試料テーブルの2重化と、外側ピエゾボビン4
のX方向電極4bに鋸波電圧を印加することによって、
試料10をX方向に移動することができるので、X方向
の走査範囲が広くなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
に関するものである。
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】1988年のアメリカン・インスティテ
ュ−ト・オブ・フィジックス(American Institute of
Physics )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 Tunne
ling 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−ト・オブ・フィジックス(American Institute of
Physics )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 Tunne
ling 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−ス1の垂直面に円板状の
アイソレ−ション2を介して、同じく円板状のマコ−ル
プレ−ト3が固定されている。このマコ−ルプレ−ト3
上に試料アプロ−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。上
記外側ピエゾボビン4、内側ピエゾボビン5とも4分割
電極が取り付けられている。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−ブル
9を案内するガイド8が取付られている。
を説明する。断面L字状のベ−ス1の垂直面に円板状の
アイソレ−ション2を介して、同じく円板状のマコ−ル
プレ−ト3が固定されている。このマコ−ルプレ−ト3
上に試料アプロ−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。上
記外側ピエゾボビン4、内側ピエゾボビン5とも4分割
電極が取り付けられている。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−ブル
9を案内するガイド8が取付られている。
【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−ブル9は、外側ピエゾボ
ビン4の4分割電極全てに同一の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、外側ピエゾボビ
ン4によって試料自体をXY方向に動かし、内側ピエゾ
ボビン5によって探針6を試料上に走査して、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−ブル9は、外側ピエゾボ
ビン4の4分割電極全てに同一の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、外側ピエゾボビ
ン4によって試料自体をXY方向に動かし、内側ピエゾ
ボビン5によって探針6を試料上に走査して、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、従来の
2重ボビン型STMでは走査範囲が例えば200μm2
と狭かった。このため、例えば多数個ヘッドチップが連
続するビデオテ−プレコ−ダのヘッドのギャップ近傍の
観察では、隣接するヘッドチップへ探針を持っていくこ
とはできなかった。
2重ボビン型STMでは走査範囲が例えば200μm2
と狭かった。このため、例えば多数個ヘッドチップが連
続するビデオテ−プレコ−ダのヘッドのギャップ近傍の
観察では、隣接するヘッドチップへ探針を持っていくこ
とはできなかった。
【0006】そこで本発明は、従来の実情に鑑みて提案
されたものであって、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り、X方向に任意量の試料移
動が可能な、広いX方向走査範囲を持つ走査型トンネル
顕微鏡を提供することにある。
されたものであって、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り、X方向に任意量の試料移
動が可能な、広いX方向走査範囲を持つ走査型トンネル
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】上記問題を解決するため
に、本発明は、ベ−スに試料移動用の外側ピエゾボビン
とXYスキャニング用内側ピエゾボビンが配設され、内
側ピエゾボビンには、探針が配設され、外側ピエゾボビ
ンには、試料を乗せたテ−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、さらに試料を乗せるテ−ブル
を、案内溝を有する2重構造にすることよって、X方向
に任意量の試料移動をできるようにした。また、X方向
の試料移動距離は、試料上部に配設された光学顕微鏡に
より観察できるようにした。
に、本発明は、ベ−スに試料移動用の外側ピエゾボビン
とXYスキャニング用内側ピエゾボビンが配設され、内
側ピエゾボビンには、探針が配設され、外側ピエゾボビ
ンには、試料を乗せたテ−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、さらに試料を乗せるテ−ブル
を、案内溝を有する2重構造にすることよって、X方向
に任意量の試料移動をできるようにした。また、X方向
の試料移動距離は、試料上部に配設された光学顕微鏡に
より観察できるようにした。
【0008】
【作用】試料テ−ブルの2重化と、外側ピエゾボビンの
鋸波入力によるX方向駆動によって試料の移動ができる
ため、X方向の走査範囲を非常に大きくすることができ
る。
鋸波入力によるX方向駆動によって試料の移動ができる
ため、X方向の走査範囲を非常に大きくすることができ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
【0010】図1において、L字状のベ−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−
ス1の垂直面上に、POMアイソレ−ション2を介し
て、絶縁材であるマコ−ルプレ−ト3がボルト等により
固定されている。そして、マコ−ルプレ−ト3上にサン
プルアプロ−チ、試料10(図3参照)のX方向移動及
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。内側ピエゾボビン5には、マコ−ルプレ−ト3側と
は反対側に、絶縁材であるマコ−ルを介して探針6が接
続してある。
で耐久性の高いジュラルミンにより構成してあり、ベ−
ス1の垂直面上に、POMアイソレ−ション2を介し
て、絶縁材であるマコ−ルプレ−ト3がボルト等により
固定されている。そして、マコ−ルプレ−ト3上にサン
プルアプロ−チ、試料10(図3参照)のX方向移動及
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。内側ピエゾボビン5には、マコ−ルプレ−ト3側と
は反対側に、絶縁材であるマコ−ルを介して探針6が接
続してある。
【0011】外側ピエゾボビン4にはマコ−ルプレ−ト
3側とは反対側に、絶縁材であるマコ−ルを介して、試
料ベ−ス7が接続される。試料ベ−ス7には、試料10
を乗せた2重テ−ブル9を案内する2本の棒状のガイド
8が平行に接続してある。また、試料10上方には2重
テ−ブル9の位置決めを観察するための顕微鏡11が配
設されている。
3側とは反対側に、絶縁材であるマコ−ルを介して、試
料ベ−ス7が接続される。試料ベ−ス7には、試料10
を乗せた2重テ−ブル9を案内する2本の棒状のガイド
8が平行に接続してある。また、試料10上方には2重
テ−ブル9の位置決めを観察するための顕微鏡11が配
設されている。
【0012】外側ピエゾボビン4及び内側ピエゾボビン
5は、図2に示すように、いずれも内側が全面ア−ス電
極4a、5aで、外側が1mmの不感帯を挟んで4分割
の電極4b、4c、5bにしてある。
5は、図2に示すように、いずれも内側が全面ア−ス電
極4a、5aで、外側が1mmの不感帯を挟んで4分割
の電極4b、4c、5bにしてある。
【0013】2重テ−ブル9は、図3に示すように、ガ
イド8の案内溝と鋼球を有する下テ−ブル9aと、下テ
−ブルの案内溝と直交する案内溝を有する上テ−ブル9
bという2段重ねの構造をしている。
イド8の案内溝と鋼球を有する下テ−ブル9aと、下テ
−ブルの案内溝と直交する案内溝を有する上テ−ブル9
bという2段重ねの構造をしている。
【0014】次に、本発明の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−チを行う際
に、試料セット用の別顕微鏡下において、予め探針6が
来る位置に位置決めをして、試料10を2重テ−ブル9
に取り付け、該2重テ−ブル9を2重ボビン型STMの
ガイド8に乗せてセットする。
方法を説明する。まず、サンプルアプロ−チを行う際
に、試料セット用の別顕微鏡下において、予め探針6が
来る位置に位置決めをして、試料10を2重テ−ブル9
に取り付け、該2重テ−ブル9を2重ボビン型STMの
ガイド8に乗せてセットする。
【0015】次に、外側ピエゾボビン4の無通電状態か
ら、トンネル電圧をモニタ−しながら、外側ピエゾボビ
ン4の4分割電極4b、4c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10を乗せた2重テ−ブル9を探針6側に引き寄せ
る。そして、試料10を乗せた2重テ−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の4分
割電極4b、4cへの鋸波電圧の供給を停止させて、試
料10を乗せた2重テ−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の4分割電極5bへ同一電
圧をかけて瞬時に縮ませ、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の4分割電極5b
へ緩やかに電圧をかけ、再びトンネル電流が規定量流れ
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。この状態で走査スタンバイとなる。
ら、トンネル電圧をモニタ−しながら、外側ピエゾボビ
ン4の4分割電極4b、4c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10を乗せた2重テ−ブル9を探針6側に引き寄せ
る。そして、試料10を乗せた2重テ−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の4分
割電極4b、4cへの鋸波電圧の供給を停止させて、試
料10を乗せた2重テ−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の4分割電極5bへ同一電
圧をかけて瞬時に縮ませ、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の4分割電極5b
へ緩やかに電圧をかけ、再びトンネル電流が規定量流れ
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。この状態で走査スタンバイとなる。
【0016】そこで、観察したい部分を、外側ピエゾボ
ビン4及び内側ピエゾボビン5を使ってXY走査する。
走査範囲が10μm2 と狭い範囲の場合は、内側ピエゾ
ボビン5のみのXY走査で十分であるが、走査範囲が1
00μm2 と広範囲にわたる場合には、内側ピエゾボビ
ン5の動きと相対する方向に、差動で外側ピエゾボビン
4を同時駆動する。
ビン4及び内側ピエゾボビン5を使ってXY走査する。
走査範囲が10μm2 と狭い範囲の場合は、内側ピエゾ
ボビン5のみのXY走査で十分であるが、走査範囲が1
00μm2 と広範囲にわたる場合には、内側ピエゾボビ
ン5の動きと相対する方向に、差動で外側ピエゾボビン
4を同時駆動する。
【0017】以上で、一観察工程が終了するが、多数個
連続するVTRヘッドチップなどの、隣接するヘッドチ
ップへの探針6の移動方法は、図4によって説明する。
図4は図1の矢視A方向から見た図である。
連続するVTRヘッドチップなどの、隣接するヘッドチ
ップへの探針6の移動方法は、図4によって説明する。
図4は図1の矢視A方向から見た図である。
【0018】まず、外側ピエゾボビン4の4分割電極4
b、4c全部に、同一の鋸波電圧をかけ、試料10を探
針6から遠ざける。この鋸波電圧はサンプルアプロ−チ
の場合と逆相である。次に図4(a)の無通電状態か
ら、図4(b)(c)に示すように、顕微鏡11で移動
距離を観察しながら、外側ピエゾボビン4のX方向電極
4bに、それぞれ逆相の鋸波電圧をかけることにより、
スティックスリップを起こさせながら試料10を乗せた
上テ−ブル9bをX方向に移動させる。すなわち、図4
において外側ピエゾボビン4が瞬時にX負方向に曲がっ
た時、上テ−ブル9bはスリップして動かず(図4
(b))、逆に、外側ピエゾボビン4がゆっくりとX正
方向に曲がった時、摩擦力で下テ−ブル9aと一緒にX
正方向に移動する(図4(c))ので、この動作を繰り
返すことにより、上テ−ブル9bは徐々にX正方向に移
動する。そして、顕微鏡11で観察しながら、探針6の
先端が観察したい試料部分に達した時、上記外側ピエゾ
ボビン4のX方向のテ−ブル移動動作を停止する。以上
で、次の観察ができる位置へ試料10を移動したので、
前記サンプルアプロ−チの動作から始めれば、隣接部分
の表面観察ができる。このようにして、X方向の広い走
査範囲を得ることができる。
b、4c全部に、同一の鋸波電圧をかけ、試料10を探
針6から遠ざける。この鋸波電圧はサンプルアプロ−チ
の場合と逆相である。次に図4(a)の無通電状態か
ら、図4(b)(c)に示すように、顕微鏡11で移動
距離を観察しながら、外側ピエゾボビン4のX方向電極
4bに、それぞれ逆相の鋸波電圧をかけることにより、
スティックスリップを起こさせながら試料10を乗せた
上テ−ブル9bをX方向に移動させる。すなわち、図4
において外側ピエゾボビン4が瞬時にX負方向に曲がっ
た時、上テ−ブル9bはスリップして動かず(図4
(b))、逆に、外側ピエゾボビン4がゆっくりとX正
方向に曲がった時、摩擦力で下テ−ブル9aと一緒にX
正方向に移動する(図4(c))ので、この動作を繰り
返すことにより、上テ−ブル9bは徐々にX正方向に移
動する。そして、顕微鏡11で観察しながら、探針6の
先端が観察したい試料部分に達した時、上記外側ピエゾ
ボビン4のX方向のテ−ブル移動動作を停止する。以上
で、次の観察ができる位置へ試料10を移動したので、
前記サンプルアプロ−チの動作から始めれば、隣接部分
の表面観察ができる。このようにして、X方向の広い走
査範囲を得ることができる。
【0019】本出願人は、本実施例を実施した結果、従
来は8mmVTRヘッド試料を2重テ−ブル9に取り付
けると1個分しか表面観察できなかったが、40μmピ
ッチで並んだ8mmVTRヘッドブロックのうち70個
分を3mm幅にわたって順次表面観察することができ
た。
来は8mmVTRヘッド試料を2重テ−ブル9に取り付
けると1個分しか表面観察できなかったが、40μmピ
ッチで並んだ8mmVTRヘッドブロックのうち70個
分を3mm幅にわたって順次表面観察することができ
た。
【0020】
【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
は試料テ−ブルの2重化と、外側ピエゾボビンの鋸波入
力によるX方向駆動によって試料の移動ができるため、
X方向の走査範囲を非常に大きくすることができる。こ
のように、連続した磁気ヘッド表面の表面観察は、磁気
ヘッドの製造、開発、設計を行う上で非常に重要であ
り、工業的価値は非常に高い。
は試料テ−ブルの2重化と、外側ピエゾボビンの鋸波入
力によるX方向駆動によって試料の移動ができるため、
X方向の走査範囲を非常に大きくすることができる。こ
のように、連続した磁気ヘッド表面の表面観察は、磁気
ヘッドの製造、開発、設計を行う上で非常に重要であ
り、工業的価値は非常に高い。
【図1】本発明を適用した走査型トンネル顕微鏡の概略
斜視図である。
斜視図である。
【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】図1の2重テ−ブル9の斜視図である。
【図4】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)は外側ピエゾボ
ビンのX方向電極にのみ電圧をかけ瞬間的にX負方向に
曲げる状態、同図(c)は外側ピエゾボビンのX方向電
極にのみ前記と逆相の電圧をかけゆっくりとX正方向に
曲げる状態を示す。
(a)はピエゾ無通電状態、同図(b)は外側ピエゾボ
ビンのX方向電極にのみ電圧をかけ瞬間的にX負方向に
曲げる状態、同図(c)は外側ピエゾボビンのX方向電
極にのみ前記と逆相の電圧をかけゆっくりとX正方向に
曲げる状態を示す。
1 ベ−ス 4 外側ピエゾボビン 4b X方向分割電極 5 内側ピエゾボビン 6 探針 8 ガイド 9 2重テ−ブル 9a 上テ−ブル 9b 下テ−ブル 10 試料 11 顕微鏡
Claims (2)
- 【請求項1】 ベ−スに試料アプロ−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−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、 前記テ−ブルは、上下2段のテーブルよりなり、下テー
ブルには、案内溝を前記ガイド面側にガイド面と平行方
向に有し、かつ上テーブルの下テーブルと対向する側に
は、下テーブルの案内溝と直交する方向に案内溝を有
し、かつ下テーブルの上面には、その上テーブルの案内
溝を案内するガイドが配設されてなることを特徴とする
走査型トンネル顕微鏡。 - 【請求項2】 前記外側ピエゾボビンの試料に対して水
平方向の分割電極に鋸波電圧を加えることにより、主と
して上テーブルが下テーブルの上面に配設されたガイド
に沿って移動する機構を有することを特徴とする請求項
1記載の走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265233A JPH06117809A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265233A JPH06117809A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06117809A true JPH06117809A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17414373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4265233A Pending JPH06117809A (ja) | 1992-10-05 | 1992-10-05 | 走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06117809A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112684210A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-04-20 | 中国计量大学 | 一种可重复定位的扫描探针显微镜 |
-
1992
- 1992-10-05 JP JP4265233A patent/JPH06117809A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112684210A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-04-20 | 中国计量大学 | 一种可重复定位的扫描探针显微镜 |
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