JPH06117809A - 走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents

走査型トンネル顕微鏡

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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
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bobbin
sample
piezo
guide
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP4265233A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Wakasugi
弘幸 若杉
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP4265233A 1992-10-05 1992-10-05 走査型トンネル顕微鏡 Pending JPH06117809A (ja)

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JP4265233A JPH06117809A (ja) 1992-10-05 1992-10-05 走査型トンネル顕微鏡

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JP4265233A JPH06117809A (ja) 1992-10-05 1992-10-05 走査型トンネル顕微鏡

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JPH06117809A true JPH06117809A (ja) 1994-04-28

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JP4265233A Pending JPH06117809A (ja) 1992-10-05 1992-10-05 走査型トンネル顕微鏡

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JP (1) JPH06117809A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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