JPH0612907U - Scanning tunneling microscope and its sample stage - Google Patents
Scanning tunneling microscope and its sample stageInfo
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- JPH0612907U JPH0612907U JP4962892U JP4962892U JPH0612907U JP H0612907 U JPH0612907 U JP H0612907U JP 4962892 U JP4962892 U JP 4962892U JP 4962892 U JP4962892 U JP 4962892U JP H0612907 U JPH0612907 U JP H0612907U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】透過型の観察光学系を有する走査型トンネル顕
微鏡およびそれに用いる試料台を提供する。
【構成】試料台１０は、スライドガラス１２と、その上
面に間隔を置いて設けた二枚の銅シート２０と２２を有
している。試料Ｓは二枚の銅シート２０と２２で支持さ
れるように置かれる。試料台１０は、照明光学系の光源
４６の上方に設けたステージ２６に載せられる。ステー
ジ２６は、中央に円形の開口３０を持つ光学的に不透明
な支持部材２８と、この開口３０を塞ぐように支持部材
２８に収容されるガラス３２とを有している。トンネル
電流を検出するための探針３４を透明な取付板３６を介
して支持している円筒型圧電アクチュエーター３８の内
側に対物レンズ４２が配置されている。この対物レンズ
４２は接眼レンズ４４と組み合わさって、試料Ｓを光学
的に観察する観察光学系４０を構成している。
(57) [Summary] [Object] To provide a scanning tunneling microscope having a transmission type observation optical system and a sample stage used for the scanning tunneling microscope. [Construction] A sample table 10 has a slide glass 12 and two copper sheets 20 and 22 provided on an upper surface of the slide glass 12 at a distance. The sample S is placed so as to be supported by the two copper sheets 20 and 22. The sample table 10 is mounted on the stage 26 provided above the light source 46 of the illumination optical system. The stage 26 has an optically opaque support member 28 having a circular opening 30 in the center, and a glass 32 housed in the support member 28 so as to close the opening 30. An objective lens 42 is arranged inside a cylindrical piezoelectric actuator 38 that supports a probe 34 for detecting a tunnel current via a transparent mounting plate 36. The objective lens 42, in combination with the eyepiece lens 44, constitutes an observation optical system 40 for optically observing the sample S.
Description
【０００１】[0001]
本考案は、導電性試料の表面形状を観察する走査型トンネル顕微鏡と、その走 査型トンネル顕微鏡で観察する試料を載せる試料台とに関する。 The present invention relates to a scanning tunnel microscope for observing the surface shape of a conductive sample and a sample table on which a sample to be observed by the scanning tunnel microscope is placed.
【０００２】[0002]
走査型トンネル顕微鏡は、導電性の試料表面の超微細な構造を観察できる装置 として広く実用化されつつある。導電性の探針を導電性の試料に１ｎｍ程度の距 離に近づけ、探針と試料の間に電圧を印加すると、その大きさが探針と試料の間 の距離に依存して変化するトンネル電流が流れる。このトンネル電流を一定に保 つように探針試料間距離を制御しながら探針を試料表面に沿って走査すると、探 針先端は試料表面から一定距離だけ離れた試料表面に平行な曲面上を移動する。 走査型トンネル顕微鏡は、このようにトンネル電流を一定に保ちながら探針を走 査する間の探針の位置を常時測定しておき、その位置情報に基づいて試料表面の 凹凸像を形成する。 The scanning tunneling microscope is being widely put into practical use as an apparatus for observing the ultrafine structure of the surface of a conductive sample. When a conductive probe is brought close to a conductive sample at a distance of about 1 nm and a voltage is applied between the probe and the sample, its size changes depending on the distance between the probe and the sample. An electric current flows. When the probe is scanned along the sample surface while controlling the sample-to-sample distance so as to keep this tunnel current constant, the tip of the probe moves along a curved surface parallel to the sample surface, which is separated from the sample surface by a certain distance. Moving. The scanning tunneling microscope constantly measures the position of the probe while scanning the probe while keeping the tunnel current constant, and forms an uneven image of the sample surface based on the position information.
【０００３】 走査型トンネル顕微鏡において、通常はｘｙステージの上に試料台を設け、こ の上に試料が載せられる。一般に、試料台は絶縁性のものが使用され、電圧を印 加するための電極が試料に設けられる。あるいは、特開平３−２０５５０２に開 示されているように、導電性の試料押えを電極に利用したものもある。In a scanning tunneling microscope, a sample table is usually provided on an xy stage and a sample is placed on this. In general, the sample table is made of an insulating material, and electrodes for applying a voltage are provided on the sample. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-205502, there is one using a conductive sample holder for an electrode.
【０００４】[0004]
走査型トンネル顕微鏡は分解能が非常に高い反面、測定領域は数十μｍ平方程 度と非常に狭い。このため、試料全体を観察するには適していない。そこで、試 料を光学的に観察する光学系を設けた走査型トンネル顕微鏡がある。このような 観察光学系を設けることにより、試料全体を光学的に観察しながら観察箇所を選 定し、この観察箇所に探針を正確に配置することが可能になる。 Although the scanning tunneling microscope has very high resolution, the measurement area is very narrow, about several tens of μm square. Therefore, it is not suitable for observing the entire sample. Therefore, there is a scanning tunneling microscope equipped with an optical system for optically observing the sample. By providing such an observation optical system, it becomes possible to select an observation point while optically observing the entire sample and accurately dispose the probe at this observation point.
【０００５】 この観察光学系の照明には落射照明が使用されている。落射照明は対物レンズ を介して光を試料に照射するもので、観察光学系は試料からの光つまり反射光を 結像させているので、金属や半導体等の不透明な試料に対して適した照明である が、透明な試料に対しては適した照明とは言えない。透明な試料に対しては、対 物レンズの反対側から試料を照明する透過照明が好ましい。Epi-illumination is used for illumination of this observation optical system. Epi-illumination illuminates the sample with light through the objective lens, and the observation optical system focuses light from the sample, that is, reflected light, so it is suitable for opaque samples such as metals and semiconductors. However, it is not suitable illumination for transparent samples. For transparent samples, transillumination is preferred, which illuminates the sample from the side opposite the objective lens.
【０００６】 本考案は、透過型の観察光学系を有する走査型トンネル顕微鏡を提供すること を目的とする。さらに本考案は、この走査型トンネル顕微鏡に用いる試料台を提 供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a scanning tunneling microscope having a transmission type observation optical system. A further object of the present invention is to provide a sample stage used in this scanning tunneling microscope.
【０００７】[0007]
本考案の試料台は、光を透過させる光学的に透明な領域を有している導電性部 材を備えている。 The sample stage of the present invention comprises a conductive member having an optically transparent region that transmits light.
【０００８】 本考案の走査型トンネル顕微鏡は、ＳＴＭ観察系と、上記の試料台を保持する 手段と、試料を光学的に観察する観察光学系と、試料を照明する照明光学系であ って、試料台に対して観察光学系の反対側に配置された照明光学系とを備えてい る。なお、ＳＴＭ観察系は、導電性の探針と、探針を試料の表面に沿って走査す る手段と、探針と試料との間に電圧を印加する手段と、探針と試料の間に流れる トンネル電流を検出する手段と、走査手段により得られる試料表面方向における 位置情報とトンネル電流に基づいて得られる高さ情報とに基づいて試料の表面の 像を形成する手段とを有している。The scanning tunneling microscope of the present invention comprises an STM observation system, a means for holding the sample stage, an observation optical system for optically observing the sample, and an illumination optical system for illuminating the sample. , And an illumination optical system arranged on the opposite side of the observation optical system with respect to the sample table. The STM observation system consists of a conductive probe, a means for scanning the probe along the surface of the sample, a means for applying a voltage between the probe and the sample, and a space between the probe and the sample. Means for detecting the tunnel current flowing in the sample surface, and means for forming an image of the sample surface based on the position information in the sample surface direction obtained by the scanning means and the height information obtained based on the tunnel current. There is.
【０００９】[0009]
試料台は導電性部材を有し、この導電性部材は試料を載せた際に試料と電気的 に接続される。この導電性部材は光を透過させる光学的に透明な領域を有してい る。 The sample table has a conductive member, and the conductive member is electrically connected to the sample when the sample is placed. This conductive member has an optically transparent region that transmits light.
【００１０】 この試料台は例えばｘｙステージに取り付けられる。観察光学系と照明光学系 は試料台を挟んで対向して配置され、照明光学系から射出される照明光は試料台 の透明な領域を透過して試料を照明する。試料からの光は観察光学系に入射し、 試料の光学像が観察される。This sample stage is attached to, for example, an xy stage. The observation optical system and the illumination optical system are arranged to face each other with the sample stage interposed therebetween, and the illumination light emitted from the illumination optical system transmits the transparent region of the sample stage to illuminate the sample. The light from the sample enters the observation optical system and the optical image of the sample is observed.
【００１１】[0011]
次に本考案の実施例について図面を参照しながら説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１２】 本考案の試料台の第一実施例を図１に示す。本実施例の試料台１０は、スライ ドガラス１２と、その上面に覆う透明電極１４とを有している。透明電極１４の 材料としてはＩＴＯ等が知られている。試料台１０は、例えばスライドガラス１ ２の上面の全面にスパッタによりＩＴＯ膜を被着形成して透明電極１４を設ける ことにより作られる。本実施例の試料台１０は全体が透明である。そして、試料 Ｓは透明電極１４の上に載置される。A first embodiment of the sample table of the present invention is shown in FIG. The sample table 10 of this embodiment has a slide glass 12 and a transparent electrode 14 covering the upper surface thereof. ITO or the like is known as a material for the transparent electrode 14. The sample table 10 is made, for example, by depositing an ITO film on the entire upper surface of the slide glass 12 by sputtering and providing the transparent electrode 14. The sample table 10 of this embodiment is entirely transparent. Then, the sample S is placed on the transparent electrode 14.
【００１３】 本考案の試料台の第二実施例を図２に示す。本実施例の試料台１０は、スライ ドガラス１２と、その上面を覆う銅シート１６とを有している。銅シート１６は その中央部に円形の開口１８を有してる。試料Ｓは、この開口１８を跨ぐように 載置される。A second embodiment of the sample table of the present invention is shown in FIG. The sample table 10 of this embodiment has a slide glass 12 and a copper sheet 16 covering the upper surface thereof. The copper sheet 16 has a circular opening 18 in the center thereof. The sample S is placed so as to straddle the opening 18.
【００１４】 本考案の試料台の第三実施例を図３に示す。本実施例の試料台１０は、スライ ドガラス１２と、その上面に設けた二枚の銅シート２０と２２を有している。二 枚の銅シート２０と２２は間隔を置いて設けられ、両者間に隙間２４が形成され ている。従って、二枚の銅シート２０と２２は互いに絶縁されている。試料Ｓは 、二枚の銅シート２０と２２によって支持されるように、両者間の隙間を跨ぐよ うに置かれる。A third embodiment of the sample table of the present invention is shown in FIG. The sample table 10 of this embodiment has a slide glass 12 and two copper sheets 20 and 22 provided on the upper surface thereof. The two copper sheets 20 and 22 are provided with a space therebetween, and a gap 24 is formed between them. Therefore, the two copper sheets 20 and 22 are insulated from each other. The sample S is placed so as to straddle the gap between the two so as to be supported by the two copper sheets 20 and 22.
【００１５】 各実施例において、試料は試料台に単に載せるだけでなく、透明電極や銅シー ト等の導電性部材と試料の導通をより確実にするため、必要に応じて導電性リボ ンや導電性接着剤を使用してもよい。In each of the examples, the sample is not simply placed on the sample table, but in order to ensure the conduction between the sample and the conductive member such as the transparent electrode or the copper sheet, a conductive ribbon or A conductive adhesive may be used.
【００１６】 次に、これらの試料台を使用する本考案の走査型トンネル顕微鏡の一実施例に ついて説明する。以下では、第三実施例の試料台を使用した場合について、図４ を参照しながら説明する。試料台１０はステージ２６に載せられる。本実施例の ステージ２６は、中央に円形の開口３０を持つ光学的に不透明な支持部材２８と 、この開口３０を塞ぐように支持部材２８に収容されるガラス３２とを有してい る。支持部材２８には試料台保持具４８が設けられている。試料台保持具４８は 、試料台１０を弾性力で押さえる導電性の弾性部材５０を有している。この弾性 部材５０は、試料台１０の上面に設けた銅シート２０を押さえるので、この銅シ ート２０を介して試料Ｓと電気的に接続される。このステージ２６の下方には照 明光学系の光源４６が配置されている。Next, an embodiment of the scanning tunneling microscope of the present invention using these sample stands will be described. The case where the sample table of the third embodiment is used will be described below with reference to FIG. The sample table 10 is mounted on the stage 26. The stage 26 of the present embodiment has an optically opaque support member 28 having a circular opening 30 in the center, and a glass 32 housed in the support member 28 so as to close the opening 30. A sample holder 48 is provided on the support member 28. The sample table holder 48 has a conductive elastic member 50 that presses the sample table 10 with an elastic force. The elastic member 50 presses the copper sheet 20 provided on the upper surface of the sample table 10, and thus is electrically connected to the sample S via the copper sheet 20. Below the stage 26, a light source 46 of an illumination optical system is arranged.
【００１７】 トンネル電流を検出するための探針３４は、ガラス等の光学的に透明な取付板 ３６を介して円筒型圧電アクチュエーター３８に取り付けられており、三次元方 向に移動可能に支持されている。円筒型圧電アクチュエーター３８の内側には対 物レンズ４２が配置されている。この対物レンズ４２は接眼レンズ４４と組み合 わさって、試料Ｓを光学的に観察する観察光学系４０を構成している。探針３４ は、トンネル電流検出回路５４を介してバイアス電源５２に接続されている。こ のバイアス電源５２は試料台１０を押さえる弾性部材５０と電気的に接続してお り、この弾性部材５０は試料Ｓと導通しているので、探針３４と試料Ｓとの間に 電位差を与える。この結果、流れるトンネル電流はトンネル電流検出回路５４で 検出され、そのトンネル電流信号は信号処理部５６に送られる。信号処理部５６ は、ｘｙ走査のためのｘｙ走査信号を円筒型圧電アクチュエーター３８に供給す ると共に、トンネル電流信号に基づいて探針試料間距離を一定に保つためのｚサ ーボ信号を円筒型圧電アクチュエーター３８に供給する。さらに信号処理部５６ は、ｘｙ走査信号とｚサーボ信号に基づいて試料表面の画像を形成する。この画 像は表示装置５８に表示される。A probe 34 for detecting a tunnel current is attached to a cylindrical piezoelectric actuator 38 via an optically transparent attachment plate 36 such as glass, and is supported so as to be movable in three-dimensional directions. ing. An object lens 42 is arranged inside the cylindrical piezoelectric actuator 38. The objective lens 42 is combined with an eyepiece lens 44 to form an observation optical system 40 for optically observing the sample S. The probe 34 is connected to the bias power supply 52 via the tunnel current detection circuit 54. The bias power source 52 is electrically connected to the elastic member 50 that holds down the sample table 10. Since the elastic member 50 is electrically connected to the sample S, a potential difference is generated between the probe 34 and the sample S. give. As a result, the tunnel current flowing is detected by the tunnel current detection circuit 54, and the tunnel current signal is sent to the signal processing unit 56. The signal processing unit 56 supplies an xy scanning signal for xy scanning to the cylindrical piezoelectric actuator 38, and a z-servo signal for keeping the inter-probe sample distance constant based on the tunnel current signal. Type piezoelectric actuator 38. Further, the signal processing unit 56 forms an image of the sample surface based on the xy scanning signal and the z servo signal. This image is displayed on the display device 58.
【００１８】 本実施例の装置では、試料Ｓは、ステージ２６の下方に配置した光源４６によ り照明される。光源４６から射出された照明光は、ステージ２６のガラス３２を 透過して、試料台１０のスライドガラス１２に入射する。スライドガラス１２に 入射した照明光は、二枚の銅シート２０と２２の間の隙間から射出され、試料Ｓ に入射する。試料Ｓからの光は、透明な取付板３６を通って対物レンズ４２に入 射し、接眼レンズにより結像され、光学像として観察される。In the apparatus of the present embodiment, the sample S is illuminated by the light source 46 arranged below the stage 26. The illumination light emitted from the light source 46 passes through the glass 32 of the stage 26 and enters the slide glass 12 of the sample table 10. The illumination light that has entered the slide glass 12 is emitted from the gap between the two copper sheets 20 and 22 and enters the sample S 1. The light from the sample S passes through the transparent mounting plate 36, enters the objective lens 42, is imaged by the eyepiece lens, and is observed as an optical image.
【００１９】 このように、本実施例の走査型トンネル顕微鏡と試料台を組み合わせて使用す ると、透過型の観察光学系を用いて試料を光学的に観察することができるように なる。これにより、落射型の観察光学系では観察が困難であった透明な試料に対 して、鮮明な光学像を得られるようになる。As described above, when the scanning tunneling microscope of the present embodiment is used in combination with the sample stage, the sample can be optically observed using the transmission type observation optical system. As a result, a clear optical image can be obtained on a transparent sample that was difficult to observe with the epi-illumination type observation optical system.
【００２０】 第三実施例の試料台は、両端に電位差を与えた試料のポテンシャル分布をトン ネル電流を利用して測定する、走査型トンネル顕微鏡の一種と考えられている走 査型トンネルポテンシオメトリーの試料台として使用することもできる。その使 用例を図５に示す。なお、同図には試料台の周辺のみを示し、観察光学系と照明 光学系は省略してある。この例では、ステージ２６の支持部材２８には、試料台 保持具４８と同じ試料台保持具６０が、試料台１０を介して対向する位置に更に 設けてある。この試料台保持具６０は、試料台１０の銅シート２２を押さえる導 電性の弾性部材６２を有している。そして、この弾性部材６２と弾性部材５０と の間に電源６４が接続されている。弾性部材５０と６２はそれぞれ銅シート２０ と２２を介して試料Ｓに導通しているので、試料Ｓの両端に電源６４の供給する 電位差が与えられる。従って、第三実施例の試料台は、ポテンシオメトリーの試 料台としても使用可能である。The sample stage of the third embodiment is a scanning tunnel potentiometer which is considered to be a kind of scanning tunneling microscope, which measures the potential distribution of a sample with a potential difference applied to both ends by using the tunnel current. It can also be used as a sample stand for measurement. Figure 5 shows an example of its use. In the figure, only the periphery of the sample table is shown, and the observation optical system and the illumination optical system are omitted. In this example, the support member 28 of the stage 26 is further provided with a sample table holder 60, which is the same as the sample table holder 48, at a position facing the sample table 10. The sample table holder 60 has a conductive elastic member 62 that holds down the copper sheet 22 of the sample table 10. A power source 64 is connected between the elastic member 62 and the elastic member 50. Since the elastic members 50 and 62 are electrically connected to the sample S via the copper sheets 20 and 22, respectively, a potential difference supplied by the power source 64 is applied to both ends of the sample S. Therefore, the sample table of the third embodiment can also be used as a sample table for potentiometry.
【００２１】 続いて、本考案の試料台の第四実施例について図６を参照しながら説明する。 本実施例の試料台は、中央に円形の開口６８を有している導電性の円盤６６で構 成されている。この円盤６６には端子７０が設けてあり、この端子７０にはバイ アス電圧を印加するために電線７２が接続される。この試料台すなわち円盤６６ は、図４の装置のステージ２６のガラス３２の上に載置される。照明光は開口６ ８を通って試料Ｓを照明する。ステージ２６の支持部材２８が導電性材料で作ら れている場合には、円盤６６はガラス３２の径よりも小さい径に作られなければ ならない。 本考案は上述した実施例に限定されるものではなく、考案の要旨を逸脱しない 範囲内において種々多くの変形や変更が可能である。Next, a fourth embodiment of the sample table of the present invention will be described with reference to FIG. The sample table of this embodiment is composed of a conductive disk 66 having a circular opening 68 in the center. The disk 66 is provided with a terminal 70, and an electric wire 72 is connected to the terminal 70 for applying a bias voltage. The sample table or disk 66 is placed on the glass 32 of the stage 26 of the apparatus shown in FIG. The illumination light illuminates the sample S through the opening 68. If the support member 28 of the stage 26 is made of a conductive material, the disc 66 must be made smaller in diameter than the glass 32. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the gist of the invention.
【００２２】[0022]
本考案によれば、透過型の観察光学系で試料を観察することのできる走査型ト ンネル顕微鏡が提供されるようになる。 According to the present invention, it is possible to provide a scanning tunnel microscope capable of observing a sample with a transmission type observation optical system.
【図１】本考案の試料台の第一実施例を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of the sample table of the present invention.
【図２】本考案の試料台の第二実施例を示す。FIG. 2 shows a second embodiment of the sample table of the present invention.
【図３】本考案の試料台の第三実施例を示す。FIG. 3 shows a third embodiment of the sample table of the present invention.
【図４】本考案の走査型トンネル顕微鏡の一実施例を示
す。FIG. 4 shows an embodiment of the scanning tunneling microscope of the present invention.
【図５】図３の試料台を走査型トンネルポテンシオメト
リーに用いた様子を示す。5 shows how the sample stage of FIG. 3 is used for scanning tunnel potentiometry.
【図６】本考案の試料台の第四実施例を示し、（Ａ）は
その斜視図、（Ｂ）は断面図である。6A and 6B show a fourth embodiment of the sample table of the present invention, FIG. 6A is a perspective view thereof, and FIG.
１２…スライドガラス、１４…透明電極。 12 ... Slide glass, 14 ... Transparent electrode.
Claims (2)
載せる試料台であって、光を透過させる光学的に透明な
領域を有している導電性部材を備えている試料台。1. A sample stage on which a sample to be observed with a scanning tunneling microscope is placed, the sample stage including a conductive member having an optically transparent region for transmitting light.
と、 試料を光学的に観察する観察光学系と、 試料を照明する照明光学系であって、試料台に対して観
察光学系の反対側に配置された照明光学系と、 導電性の探針と、探針を試料の表面に沿って走査する手
段と、探針と試料との間に電圧を印加する手段と、探針
と試料の間に流れるトンネル電流を検出する手段と、走
査手段により得られる試料表面方向における位置情報と
トンネル電流に基づいて得られる高さ情報とに基づいて
試料の表面の像を形成する手段とを含むＳＴＭ観察系と
を備えている走査型トンネル顕微鏡。2. A means for holding the sample stage according to claim 1, an observation optical system for optically observing the sample, and an illumination optical system for illuminating the sample, the observation optical system for the sample stage. An illumination optical system located on the opposite side of the probe, a conductive probe, a means for scanning the probe along the surface of the sample, a means for applying a voltage between the probe and the sample, Means for detecting a tunnel current flowing between the sample and the sample, and means for forming an image of the surface of the sample based on position information in the sample surface direction obtained by the scanning means and height information obtained based on the tunnel current. And a STM observation system including a scanning tunneling microscope.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4962892U JPH0612907U (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | Scanning tunneling microscope and its sample stage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4962892U JPH0612907U (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | Scanning tunneling microscope and its sample stage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0612907U true JPH0612907U (en) | 1994-02-18 |
Family
ID=12836491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4962892U Withdrawn JPH0612907U (en) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | Scanning tunneling microscope and its sample stage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612907U (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2005530125A (en) * | 2001-08-27 | 2005-10-06 | ナノニクス・イメージング・リミテッド | Reproducible scanning probe microscope that scans multiple plate tips or samples with a transparent interface of a remote optical microscope |
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-
1992
- 1992-07-15 JP JP4962892U patent/JPH0612907U/en not_active Withdrawn
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| CN108445260A (en) * | 2018-04-10 | 2018-08-24 | 北京航空航天大学 | A kind of multiband sample irradiation device based on atomic force microscope |
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Legal Events
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