JPH0616410B2 - 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0616410B2 JPH0616410B2 JP62317203A JP31720387A JPH0616410B2 JP H0616410 B2 JPH0616410 B2 JP H0616410B2 JP 62317203 A JP62317203 A JP 62317203A JP 31720387 A JP31720387 A JP 31720387A JP H0616410 B2 JPH0616410 B2 JP H0616410B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- microscope
- stm
- scanning
- needle
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は走査トンネル顕微鏡に係わり、特に透過型電子
顕微鏡に組み込むようにした走査トンネル顕微鏡に関す
るものである。
顕微鏡に組み込むようにした走査トンネル顕微鏡に関す
るものである。
一般に、探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重な
り合う1nm程度まで探針を試料に近づけ、この状態で
探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。この
電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が数mVのとき、1
〜10nA程度である。このトンネル電流の大きさは、
試料と探針との間の距離により変化し、トンネル電流の
大きさを測定することにより試料と探針との間の距離を
超精密測定することができ、探針位置が既知であれば試
料の表面形状を原子レベルで求めることができる。また
トンネル電流が一定になるように探針位置を制御すば探
針位置軌跡により同様に試料の表面形状を測定すること
ができる。
り合う1nm程度まで探針を試料に近づけ、この状態で
探針と試料との間に電圧をかけると電流が流れる。この
電流はトンネル電流と呼ばれ、電圧が数mVのとき、1
〜10nA程度である。このトンネル電流の大きさは、
試料と探針との間の距離により変化し、トンネル電流の
大きさを測定することにより試料と探針との間の距離を
超精密測定することができ、探針位置が既知であれば試
料の表面形状を原子レベルで求めることができる。また
トンネル電流が一定になるように探針位置を制御すば探
針位置軌跡により同様に試料の表面形状を測定すること
ができる。
このような原理に基づく走査型トンネル顕微鏡(Scann
ing Tunnel ling Microscope、略してSTM)は、
大気中、液体中、真空中などどのような状態ででも使用
できるため、近年、各方面で開発が行われている。
ing Tunnel ling Microscope、略してSTM)は、
大気中、液体中、真空中などどのような状態ででも使用
できるため、近年、各方面で開発が行われている。
このうようなSTMを走査形電子顕微鏡(SEM)の中
に組み込み、二次電子像とSTM像を得ることを目的に
したものの報告がある。
に組み込み、二次電子像とSTM像を得ることを目的に
したものの報告がある。
ところで、STMで像を観察したり評価しようとする
と、STM単体では試料のどの位置を観察しているか分
からないという問題がある。そこで、SEMとSTMを
組み合わせ、SEMで視野探しを行わせるようにするこ
とが考えられる。
と、STM単体では試料のどの位置を観察しているか分
からないという問題がある。そこで、SEMとSTMを
組み合わせ、SEMで視野探しを行わせるようにするこ
とが考えられる。
SEMでの観察は、凹凸の変化の大きい試料には非常に
有効であるが、凹凸の小さい試料では二次電子の発生度
合の違いが小さく、そのため観察が難しい。このため、
STMに必要な平らな面を探すことにはあまり向いてい
ない。
有効であるが、凹凸の小さい試料では二次電子の発生度
合の違いが小さく、そのため観察が難しい。このため、
STMに必要な平らな面を探すことにはあまり向いてい
ない。
またSEMによる観察では、高分解能像を得るために
は、ビームを絞らねばならず、試料ダメージ、コンタミ
ネーションが問題となり、表面状態を変えてしまう可能
性が大、この点もSTMには不向きである。
は、ビームを絞らねばならず、試料ダメージ、コンタミ
ネーションが問題となり、表面状態を変えてしまう可能
性が大、この点もSTMには不向きである。
一方、透過型電子顕微鏡(TEM)においてもSTM像
を得ることが望まれていた。しかしながら、TEMはS
EMより分解能が高いため、対物レンズポールピースの
ギャップが狭く、STM走査部が入らないことや、試料
と針を近づける手段、試料の良い視野に針を移動させる
手段、試料にベーク、蒸着等の加工を施した時、針に蒸
気や金属が付着するのを防止する手段等がなく、またS
TM走査部の剛性を上げて耐振性を良くする方法がない
ためにTEMにSTMを組み込むことはできなかった。
を得ることが望まれていた。しかしながら、TEMはS
EMより分解能が高いため、対物レンズポールピースの
ギャップが狭く、STM走査部が入らないことや、試料
と針を近づける手段、試料の良い視野に針を移動させる
手段、試料にベーク、蒸着等の加工を施した時、針に蒸
気や金属が付着するのを防止する手段等がなく、またS
TM走査部の剛性を上げて耐振性を良くする方法がない
ためにTEMにSTMを組み込むことはできなかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、TEMに
STMを組み込み、試料の電子顕微鏡による観察とトン
ネル現像を利用した超精密測定とを可能にした透過型電
子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡を提供することを目的と
する。
STMを組み込み、試料の電子顕微鏡による観察とトン
ネル現像を利用した超精密測定とを可能にした透過型電
子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡を提供することを目的と
する。
そのために本発明の透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕
微鏡は、試料表面が光軸に直角になるように試料を保持
した試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕微
鏡走査機構を配置した透過型電子顕微鏡用走査トンネル
顕微鏡であって、試料に電子線を照射して透過像を得る
と共に、走査トンネル顕微鏡により試料表面の観察を行
うようにしたことを特徴とする。
微鏡は、試料表面が光軸に直角になるように試料を保持
した試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル顕微
鏡走査機構を配置した透過型電子顕微鏡用走査トンネル
顕微鏡であって、試料に電子線を照射して透過像を得る
と共に、走査トンネル顕微鏡により試料表面の観察を行
うようにしたことを特徴とする。
本発明の透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡は、透
過電子顕微鏡法により透過像を得、これを利用して視野
探しを行い、さらに走査トンネル顕微鏡により試料表面
の超精密観察を行うものであり、また探針の透過像、即
ち試料像上の探針の影により探針位置を知ることができ
る。
過電子顕微鏡法により透過像を得、これを利用して視野
探しを行い、さらに走査トンネル顕微鏡により試料表面
の超精密観察を行うものであり、また探針の透過像、即
ち試料像上の探針の影により探針位置を知ることができ
る。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第1図は電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡により透過像
を得る場合の本発明の実施例を示す図で1はホルダー、
2は試料、3は試料固定台、4はSTM走査部、5はS
TM針、6は対物レンズ(OL)ポールピース、7は光
軸、8、9は固定用ネジである。
を得る場合の本発明の実施例を示す図で1はホルダー、
2は試料、3は試料固定台、4はSTM走査部、5はS
TM針、6は対物レンズ(OL)ポールピース、7は光
軸、8、9は固定用ネジである。
ホルダー1(詳細は後述する)は、図示しないサイドエ
ントリゴニオメータにより移動させられて試料2を所定
位置にセットするようになっている。このホルダー1内
には、試料2が試料固定台3にネジ8、9により図示の
ように取りつけられ、またピエゾ素子からなるSTM走
査部4が収納され、STM針5が図示のように角度をも
って試料1に対向して設けられている。このSTM走査
部4は、約1.6mm×3mm×5mm程度のもので、ホルダ
ー1内に十分収納可能なように構成されている。
ントリゴニオメータにより移動させられて試料2を所定
位置にセットするようになっている。このホルダー1内
には、試料2が試料固定台3にネジ8、9により図示の
ように取りつけられ、またピエゾ素子からなるSTM走
査部4が収納され、STM針5が図示のように角度をも
って試料1に対向して設けられている。このSTM走査
部4は、約1.6mm×3mm×5mm程度のもので、ホルダ
ー1内に十分収納可能なように構成されている。
このような構成において、電子線が試料面に直角に照射
され、その透過像が図示しない感光面状に結像され、こ
の透過像により試料を観察することができる。この透過
像では試料表面の微小な凹凸まで観察できない。そこ
で、この凹凸の程度は試料STM走査部4を駆動してS
TM走査針5により超精密に測定される。この場合、前
述したようにSTMの分解能は原子レベルであるので、
STM針の許容される振動の振幅0.1Å以下である
が、本発明においては試料と針とが1つのホルダー内に
固定されているため耐振上極めて有利となる。
され、その透過像が図示しない感光面状に結像され、こ
の透過像により試料を観察することができる。この透過
像では試料表面の微小な凹凸まで観察できない。そこ
で、この凹凸の程度は試料STM走査部4を駆動してS
TM走査針5により超精密に測定される。この場合、前
述したようにSTMの分解能は原子レベルであるので、
STM針の許容される振動の振幅0.1Å以下である
が、本発明においては試料と針とが1つのホルダー内に
固定されているため耐振上極めて有利となる。
また、STM針で試料面上を走査する場合、どの位置で
観察しているのか分からないという問題があるが、試料
と共に探針の透過像を得るようにすれば、探針の影が試
料像上に観察されるので、容易に観察位置を知ることが
できる。
観察しているのか分からないという問題があるが、試料
と共に探針の透過像を得るようにすれば、探針の影が試
料像上に観察されるので、容易に観察位置を知ることが
できる。
第2図は本発明におけるホルダーの一実施例を示す図
で、同図(イ)は試料観察状態を示す図、同図(ロ)は
STM走査部を試料から離した状態を示す図で、第1図
と同一番号は同一内容を示している。なお、1A、1B
は窓、11はアーム、12は球、13、14、15はO
リング溝、16はバー、17は内筒、18はダイアル、
19はロック部材、20はネジ、21はネジ、22はノ
ブ、23は導線、24はハーメチックシール部、25は
くさび、26はピエゾ素子、27はピン、28はネジ、
29はバネ、30は導線収納空間、31は貫通孔であ
る。
で、同図(イ)は試料観察状態を示す図、同図(ロ)は
STM走査部を試料から離した状態を示す図で、第1図
と同一番号は同一内容を示している。なお、1A、1B
は窓、11はアーム、12は球、13、14、15はO
リング溝、16はバー、17は内筒、18はダイアル、
19はロック部材、20はネジ、21はネジ、22はノ
ブ、23は導線、24はハーメチックシール部、25は
くさび、26はピエゾ素子、27はピン、28はネジ、
29はバネ、30は導線収納空間、31は貫通孔であ
る。
本発明のホルダー構成は、ホルダー1の中に、X、Y、
Z3軸の試料移動機構を設け、そこにSTM走査部4、
針5を設けたものである。
Z3軸の試料移動機構を設け、そこにSTM走査部4、
針5を設けたものである。
ホルダー1内には、試料固定台3が固定され、また内筒
17がホルダー軸方向に摺動可能なように内面に接して
設けられている。試料2は、その面がホルダー1の中心
軸に一致するように試料固定台3に固定され、これに対
向して針5がSTM走査部4の先端に取り付けられ、S
TM走査部4はアーム11に固定されている。内筒17
の先端部には真空シール用のOリング溝13を設けたテ
ーパ部が設けられ、アーム11と一体の球12を気密状
態を保持して回動自在に受けるようになっている。そし
て球12にはバー16が一体に設けられ、その先端はフ
リーで、バネ28により上方へ付勢されると共に、ネジ
21で下方へ押下げられるようになっている。しがたっ
て、ネジ21を回してバー16の自由端を上下に動かす
ことにより、球12を支点としてアーム11を動かすこ
とができ、針5を試料に近づけたり離したりすることが
できる。また紙面に垂直にネジ21と同様のネジ(図示
せず)が設けてあり、このネジを操作することにより針
5を試料面に沿って移動でき、視野探しを行うことがで
きる。
17がホルダー軸方向に摺動可能なように内面に接して
設けられている。試料2は、その面がホルダー1の中心
軸に一致するように試料固定台3に固定され、これに対
向して針5がSTM走査部4の先端に取り付けられ、S
TM走査部4はアーム11に固定されている。内筒17
の先端部には真空シール用のOリング溝13を設けたテ
ーパ部が設けられ、アーム11と一体の球12を気密状
態を保持して回動自在に受けるようになっている。そし
て球12にはバー16が一体に設けられ、その先端はフ
リーで、バネ28により上方へ付勢されると共に、ネジ
21で下方へ押下げられるようになっている。しがたっ
て、ネジ21を回してバー16の自由端を上下に動かす
ことにより、球12を支点としてアーム11を動かすこ
とができ、針5を試料に近づけたり離したりすることが
できる。また紙面に垂直にネジ21と同様のネジ(図示
せず)が設けてあり、このネジを操作することにより針
5を試料面に沿って移動でき、視野探しを行うことがで
きる。
これらアーム11、球12、バー16は、ホルダー1の
中心軸から外れた偏心位置(図では上側)に設けられ、
その下方に導線23の収納空間30を形成するようにし
ている。また内筒17とホルダー1との間は真空シール
用のOリング溝14が形成され、これとOリング溝13
とにより試料側を真空に保持し、また、STM走査部駆
動用及びトンネル電流取り出し用の導線23の為のハー
メチックシール部24が形成されている。また内筒17
は、ダイアル18のネジ部と噛み合うネジ20を有し、
ダイアル18を回すと内筒17はピン27により回転で
きないため、軸方向に移動する。この移動により試料の
軸方向の視野探しを行うことができる。また内筒17の
内面にはテーパ状先端部が球12の所まで伸びると共
に、ネジ21が貫通する貫通孔31が設けられたロック
部材19が設けられ、また後端部には、ノブ22が取付
けられるネジ28が設けられ、ロック部材の後端と接し
ている。そして、ノブ22を回し、ロック部材19を押
すことにより、ロック部材先端のテーパが球12を押圧
して固定し、アーム11を動き難くして剛性を上げられ
るようになっている。
中心軸から外れた偏心位置(図では上側)に設けられ、
その下方に導線23の収納空間30を形成するようにし
ている。また内筒17とホルダー1との間は真空シール
用のOリング溝14が形成され、これとOリング溝13
とにより試料側を真空に保持し、また、STM走査部駆
動用及びトンネル電流取り出し用の導線23の為のハー
メチックシール部24が形成されている。また内筒17
は、ダイアル18のネジ部と噛み合うネジ20を有し、
ダイアル18を回すと内筒17はピン27により回転で
きないため、軸方向に移動する。この移動により試料の
軸方向の視野探しを行うことができる。また内筒17の
内面にはテーパ状先端部が球12の所まで伸びると共
に、ネジ21が貫通する貫通孔31が設けられたロック
部材19が設けられ、また後端部には、ノブ22が取付
けられるネジ28が設けられ、ロック部材の後端と接し
ている。そして、ノブ22を回し、ロック部材19を押
すことにより、ロック部材先端のテーパが球12を押圧
して固定し、アーム11を動き難くして剛性を上げられ
るようになっている。
また内筒17のホルダー1との接触面の一部にテーパを
持った溝が設けられ、この溝にはくさび25と、くさび
を押す積層型のピエゾ素子26が設けられ、ピエゾ素子
26を駆動して伸ばすことによりくさび25を押し、内
筒17とホルダー1との間に圧入させることにより内筒
17をロックして剛性を上げる構造となっている。
持った溝が設けられ、この溝にはくさび25と、くさび
を押す積層型のピエゾ素子26が設けられ、ピエゾ素子
26を駆動して伸ばすことによりくさび25を押し、内
筒17とホルダー1との間に圧入させることにより内筒
17をロックして剛性を上げる構造となっている。
このような構成において、図示しないサイドエントリゴ
ニオメータにホルダー1を挿入し、ホルダーを移動させ
ることにより試料移動を行って視野探しを行い、TEM
法により試料面を観察する。こうして得られた透過像の
中でさらにSTMにより観察したい領域を設定し、ダイ
アル18で軸方向移動、ネジ21で試料との接近、ネジ
21と同様の図示しない紙面に直交するネジで試料面に
沿った方向の針の移動を行う。試料移動を行う場合、T
EM法で試料と針の像を観察すれば、試料像上の針の影
から観察位置を容易に知ることができる。こうして、針
のセットを行った後、ノブ22を回してロック部材19
を押して球12、アーム11を固定し、さらにピエゾ素
子26を駆動して内筒17を固定することにより全体と
して剛性を上げてSTM走査の耐振性を良くしてSTM
法による超精密測定を行う。
ニオメータにホルダー1を挿入し、ホルダーを移動させ
ることにより試料移動を行って視野探しを行い、TEM
法により試料面を観察する。こうして得られた透過像の
中でさらにSTMにより観察したい領域を設定し、ダイ
アル18で軸方向移動、ネジ21で試料との接近、ネジ
21と同様の図示しない紙面に直交するネジで試料面に
沿った方向の針の移動を行う。試料移動を行う場合、T
EM法で試料と針の像を観察すれば、試料像上の針の影
から観察位置を容易に知ることができる。こうして、針
のセットを行った後、ノブ22を回してロック部材19
を押して球12、アーム11を固定し、さらにピエゾ素
子26を駆動して内筒17を固定することにより全体と
して剛性を上げてSTM走査の耐振性を良くしてSTM
法による超精密測定を行う。
なお、ホルダー1内での試料の加工を行う場合には、ネ
ジ21を介して針5を試料2から離し、周囲に当らなく
なる状態にしてダイアル18を回すことにより内筒17
を引き込んで第2図(ロに示す状態とし、この状態で試
料のベーク、蒸着等を行えば、針が試料面から離れてい
るので金属や蒸気が針に付着する等の悪影響を防止する
ことができる。
ジ21を介して針5を試料2から離し、周囲に当らなく
なる状態にしてダイアル18を回すことにより内筒17
を引き込んで第2図(ロに示す状態とし、この状態で試
料のベーク、蒸着等を行えば、針が試料面から離れてい
るので金属や蒸気が針に付着する等の悪影響を防止する
ことができる。
なお、上記実施例では針の移動、ロック等をネジによる
駆動力を使用して行う例について説明したが、てこの原
理を使用したり、またピエゾ素子を用いて行う等、駆動
機構はどのような手段を使用してもよい。
駆動力を使用して行う例について説明したが、てこの原
理を使用したり、またピエゾ素子を用いて行う等、駆動
機構はどのような手段を使用してもよい。
以上のように本発明によれば、試料表面が光軸に直角に
なるように試料を保持した試料ホルダー中に、走査トン
ネル顕微鏡走査機構を配置することにより、透過電子顕
微鏡法により試料像を観察して視野探しを行って後、さ
らに走査トンネル顕微鏡により超精密に試料面の観察を
行うことができ、また探針をTEM法で観察して試料像
上の針の影の位置から、容易に探針位置を知ることがで
きる。
なるように試料を保持した試料ホルダー中に、走査トン
ネル顕微鏡走査機構を配置することにより、透過電子顕
微鏡法により試料像を観察して視野探しを行って後、さ
らに走査トンネル顕微鏡により超精密に試料面の観察を
行うことができ、また探針をTEM法で観察して試料像
上の針の影の位置から、容易に探針位置を知ることがで
きる。
第1図は電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡により透過像
を得る場合の本発明の実施例を示す図、第2図は本発明
におけるホルダーの一実施例を示す図で、同図(イ)は
試料観察状態を示す図、同図(ロ)はSTM走査部を試
料から離した状態を示す図である。 1……ホルダー、2……試料、3……試料固定台、4…
…STM走査部、5……STM針、6……対物レンズ
(OL)ポールピース、7……光軸、11……アーム、
12……球、16……バー、17……内筒、18……ダ
イアル、19……ロック部材、22……ノブ、23……
導線、28……ネジ。
を得る場合の本発明の実施例を示す図、第2図は本発明
におけるホルダーの一実施例を示す図で、同図(イ)は
試料観察状態を示す図、同図(ロ)はSTM走査部を試
料から離した状態を示す図である。 1……ホルダー、2……試料、3……試料固定台、4…
…STM走査部、5……STM針、6……対物レンズ
(OL)ポールピース、7……光軸、11……アーム、
12……球、16……バー、17……内筒、18……ダ
イアル、19……ロック部材、22……ノブ、23……
導線、28……ネジ。
Claims (2)
- 【請求項1】試料表面が光軸に直角になるように試料を
保持した試料ホルダー中に、探針を備えた走査トンネル
顕微鏡走査機構を配置した透過型電子顕微鏡用走査トン
ネル顕微鏡であって、試料に電子線を照射して透過像を
得ると共に、走査トンネル顕微鏡により試料表面の観察
を行うようにしたことを特徴とする透過型電子顕微鏡用
走査トンネル顕微鏡。 - 【請求項2】試料像上の探針の影により探針位置を求め
る特許請求の範囲第1項記載の透過型電子顕微鏡用走査
トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62317203A JPH0616410B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62317203A JPH0616410B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01159954A JPH01159954A (ja) | 1989-06-22 |
| JPH0616410B2 true JPH0616410B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=18085612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62317203A Expired - Fee Related JPH0616410B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 透過型電子顕微鏡用走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616410B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3005499U (ja) * | 1994-06-22 | 1994-12-20 | サンモール電子株式会社 | 発光型安全ベスト |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2691460B2 (ja) * | 1989-12-05 | 1997-12-17 | キヤノン株式会社 | トンネル電流検出装置 |
| JP2711311B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1998-02-10 | 光技術研究開発株式会社 | 走査トンネル顕微鏡 |
| JP2549746B2 (ja) * | 1990-05-08 | 1996-10-30 | 株式会社日立製作所 | 走査型トンネル顕微鏡 |
-
1987
- 1987-12-15 JP JP62317203A patent/JPH0616410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3005499U (ja) * | 1994-06-22 | 1994-12-20 | サンモール電子株式会社 | 発光型安全ベスト |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01159954A (ja) | 1989-06-22 |
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