JPH08136552A - 原子間力顕微鏡および類似の走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
原子間力顕微鏡および類似の走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JPH08136552A JPH08136552A JP27087994A JP27087994A JPH08136552A JP H08136552 A JPH08136552 A JP H08136552A JP 27087994 A JP27087994 A JP 27087994A JP 27087994 A JP27087994 A JP 27087994A JP H08136552 A JPH08136552 A JP H08136552A
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- Japan
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- sample
- voltage
- atomic force
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Abstract
(57)【要約】
【目的】相互作用のみ取り出して測定ができ、また、繁
雑だった原点調整を正確に、簡単に行うことができるよ
うにする。 【構成】従来の装置に加えて、カンチレバーに電圧を印
可する電圧制御部１７を備えている。カンチレバーに電
圧を印可することにより、静電気力その他の相互作用を
静電気力により相殺する。
雑だった原点調整を正確に、簡単に行うことができるよ
うにする。 【構成】従来の装置に加えて、カンチレバーに電圧を印
可する電圧制御部１７を備えている。カンチレバーに電
圧を印可することにより、静電気力その他の相互作用を
静電気力により相殺する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型原子間力顕微鏡
および類似の走査型プローブ顕微鏡に関する。
および類似の走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の走査型プローブ顕微鏡は、たとえ
ば走査型トンネル顕微鏡では、米国特許第4343993 号明
細書に示されている。一般的には、走査型原子間力顕微
鏡は、カンチレバー，試料，試料を原子間力が一定とな
るように移動させるｚ方向微動部，ｘｙ平面を走査する
ｘｙ微動部，カンチレバーを原子間力を感知できるよう
な領域にまで移動する粗動部，原子間力を一定に保つよ
うにｚ方向を制御する制御系，ｘｙ平面を走査する走査
系，得られた三次元データを表示する画像処理系からな
る。
ば走査型トンネル顕微鏡では、米国特許第4343993 号明
細書に示されている。一般的には、走査型原子間力顕微
鏡は、カンチレバー，試料，試料を原子間力が一定とな
るように移動させるｚ方向微動部，ｘｙ平面を走査する
ｘｙ微動部，カンチレバーを原子間力を感知できるよう
な領域にまで移動する粗動部，原子間力を一定に保つよ
うにｚ方向を制御する制御系，ｘｙ平面を走査する走査
系，得られた三次元データを表示する画像処理系からな
る。
【０００３】また、走査型原子間力顕微鏡の類似の測定
装置として、同様の構成で、カンチレバーと試料の間の
相互作用を一定になるように試料表面を走査することに
より試料表面の情報が得られる。例えば、磁気力を利用
した走査型磁気力顕微鏡などがある。以下では、原子間
力顕微鏡および類似の走査型プロープ顕微鏡を走査型プ
ローブ顕微鏡で総称する。
装置として、同様の構成で、カンチレバーと試料の間の
相互作用を一定になるように試料表面を走査することに
より試料表面の情報が得られる。例えば、磁気力を利用
した走査型磁気力顕微鏡などがある。以下では、原子間
力顕微鏡および類似の走査型プロープ顕微鏡を走査型プ
ローブ顕微鏡で総称する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、試料−
カンチレバー間の距離を原子間力などの相互作用を感知
できるような領域まで粗動部を用いて接近するとき、静
電気力などのノイズによりカンチレバーが静電気力など
の相互作用を受けてしまうため、測定する原子間力など
の相互作用の基準である相互作用の原点が移動してしま
う。そのため測定者がある距離を粗動部で移動させるた
び随時判断してノイズを相殺するように相互作用の原点
を調整していた。この調整には、どの程度の頻度で行う
べきかなど、測定者の経験による知識が必要であり、そ
れでも正確に行うことは簡単ではない。
カンチレバー間の距離を原子間力などの相互作用を感知
できるような領域まで粗動部を用いて接近するとき、静
電気力などのノイズによりカンチレバーが静電気力など
の相互作用を受けてしまうため、測定する原子間力など
の相互作用の基準である相互作用の原点が移動してしま
う。そのため測定者がある距離を粗動部で移動させるた
び随時判断してノイズを相殺するように相互作用の原点
を調整していた。この調整には、どの程度の頻度で行う
べきかなど、測定者の経験による知識が必要であり、そ
れでも正確に行うことは簡単ではない。
【０００５】本発明の目的は、これらの調整を正確に簡
略化，自動化することにある。
略化，自動化することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーま
たは試料に電圧を印可できる構造を持ち、その電圧を条
件により、試料−カンチレバー間の距離の関数で変化さ
せる。
に、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーま
たは試料に電圧を印可できる構造を持ち、その電圧を条
件により、試料−カンチレバー間の距離の関数で変化さ
せる。
【０００７】
【作用】本発明の走査型プローブ顕微鏡は、目的とする
原子間力などの相互作用以外の相互作用によるノイズを
試料またはカンチレバーに印加する電圧による静電気力
により相殺することで、簡単に、目的とする相互作用の
みを取り出して測定が行える。また、ノイズが試料−カ
ンチレバー間の距離で変化するときも、その変化に応じ
て電圧を変化させることにより簡単に測定を行える。
原子間力などの相互作用以外の相互作用によるノイズを
試料またはカンチレバーに印加する電圧による静電気力
により相殺することで、簡単に、目的とする相互作用の
みを取り出して測定が行える。また、ノイズが試料−カ
ンチレバー間の距離で変化するときも、その変化に応じ
て電圧を変化させることにより簡単に測定を行える。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【０００９】図１は、本発明による走査型プローブ顕微
鏡の実施例を示すブロック図である。例として、光てこ
方式の原子間力顕微鏡で説明する。この図では、ＸＹ平
面の走査をトライポッド型のスキャナを用いて試料側で
行い、また電圧印加機構はカンチレバー側に設けてい
る。光てこ方式以外の原子間力顕微鏡、例えば、ＳＴＭ
方式の原子間力顕微鏡や，ＸＹ平面の走査をカンチレバ
ー側で行う原子間力顕微鏡や，トライポッド型以外のチ
ューブ型のスキャナを用いた原子間力顕微鏡の場合も同
様である。また、電圧印加機構が試料側に設けられてい
る場合も同様である。
鏡の実施例を示すブロック図である。例として、光てこ
方式の原子間力顕微鏡で説明する。この図では、ＸＹ平
面の走査をトライポッド型のスキャナを用いて試料側で
行い、また電圧印加機構はカンチレバー側に設けてい
る。光てこ方式以外の原子間力顕微鏡、例えば、ＳＴＭ
方式の原子間力顕微鏡や，ＸＹ平面の走査をカンチレバ
ー側で行う原子間力顕微鏡や，トライポッド型以外のチ
ューブ型のスキャナを用いた原子間力顕微鏡の場合も同
様である。また、電圧印加機構が試料側に設けられてい
る場合も同様である。
【００１０】従来の原子間力顕微鏡では、レーザ１１か
ら出たレーザ光がカンチレバー６にあたってミラー１４
で反射して、ＰＳＤ（ポジションセンサ）１２に入射す
る。このとき、試料−カンチレバー間の相互作用をカン
チレバーのたわみとしてとらえ、そのたわみをレーザ光
の角度変化で、その角度変化をＰＳＤ上の光点の位置変
化でとらえる。また、カンチレバーを原子間力領域まで
接近させるには、ＤＣモータ１０の回転を粗動用駆動ね
じ９の直線運動に変換して、カンチレバーベース７を支
点８を支点として、てこの運動によりカンチレバーを試
料に接近させる方法が一般的である。これ以外の粗動機
構、例えばマイクロメータを用いた手動による粗動機構
や、圧電素子を用いた尺取虫方式の粗動機構でも、本発
明は同様に適用できる。
ら出たレーザ光がカンチレバー６にあたってミラー１４
で反射して、ＰＳＤ（ポジションセンサ）１２に入射す
る。このとき、試料−カンチレバー間の相互作用をカン
チレバーのたわみとしてとらえ、そのたわみをレーザ光
の角度変化で、その角度変化をＰＳＤ上の光点の位置変
化でとらえる。また、カンチレバーを原子間力領域まで
接近させるには、ＤＣモータ１０の回転を粗動用駆動ね
じ９の直線運動に変換して、カンチレバーベース７を支
点８を支点として、てこの運動によりカンチレバーを試
料に接近させる方法が一般的である。これ以外の粗動機
構、例えばマイクロメータを用いた手動による粗動機構
や、圧電素子を用いた尺取虫方式の粗動機構でも、本発
明は同様に適用できる。
【００１１】従来の原子間力顕微鏡では、図２のよう
に、粗動接近時に、静電気力その他の相互作用により、
カンチレバーは、原子間力以外の力を受けてしまう。そ
のため、測定しようとする原子間力の基準として原点調
整を行ってもその原点がシフトしてしまうため、何度か
粗動接近を中断して、原点調整をやり直す必要があっ
た。図２のケース１は距離が近づくにつれて斥力を受け
る場合を示し、ケース２は引力を受ける場合を示す。
に、粗動接近時に、静電気力その他の相互作用により、
カンチレバーは、原子間力以外の力を受けてしまう。そ
のため、測定しようとする原子間力の基準として原点調
整を行ってもその原点がシフトしてしまうため、何度か
粗動接近を中断して、原点調整をやり直す必要があっ
た。図２のケース１は距離が近づくにつれて斥力を受け
る場合を示し、ケース２は引力を受ける場合を示す。
【００１２】本発明は、図１の構成に加えて、カンチレ
バーに電圧を印可する電圧制御部１７を備えている。カ
ンチレバーに電圧を印可することにより、静電気力その
他の相互作用を静電気力により相殺することが可能にな
る。
バーに電圧を印可する電圧制御部１７を備えている。カ
ンチレバーに電圧を印可することにより、静電気力その
他の相互作用を静電気力により相殺することが可能にな
る。
【００１３】ノイズとなる静電気力その他の相互作用
は、一般に、試料−カンチレバー間の距離が近づくと増
加するので、印加電圧を図３のように試料−カンチレバ
ー間の距離の関数で変化させるのが有効である。その場
合、図１で、粗動用モータ制御部の制御信号と電圧制御
部の電圧を連動することにより実現する。図３では、距
離の一次の関数で変化させているが、二次以上の関数
や、もっと複雑な関数で変化させることも可能である。
ちなみに図３のＡ，Ｂは、図２のＡ，Ｂに対応する。図
３のような電圧を印可したとき、理想的に相殺されれ
ば、静電気力その他の相互作用は図４のＡ，Ｂのように
なる。
は、一般に、試料−カンチレバー間の距離が近づくと増
加するので、印加電圧を図３のように試料−カンチレバ
ー間の距離の関数で変化させるのが有効である。その場
合、図１で、粗動用モータ制御部の制御信号と電圧制御
部の電圧を連動することにより実現する。図３では、距
離の一次の関数で変化させているが、二次以上の関数
や、もっと複雑な関数で変化させることも可能である。
ちなみに図３のＡ，Ｂは、図２のＡ，Ｂに対応する。図
３のような電圧を印可したとき、理想的に相殺されれ
ば、静電気力その他の相互作用は図４のＡ，Ｂのように
なる。
【００１４】静電気力その他の相互作用の距離関数が複
雑な形の場合、前もってその形を入力しておくことは、
困難である。その場合でも、ある一定の距離を電圧を印
可せずに接近し、その時の静電気力その他の相互作用を
距離の関数として、自動的に計算して、以後の粗動接近
をその距離関数として電圧を印可するように設定でき
る。その時は、図１で粗動用モータ制御部の制御信号と
ＰＳＤ信号処理部の信号より距離関数を計算し、その後
電圧制御部に距離関数にしたがった電圧を印可すること
で実現する。
雑な形の場合、前もってその形を入力しておくことは、
困難である。その場合でも、ある一定の距離を電圧を印
可せずに接近し、その時の静電気力その他の相互作用を
距離の関数として、自動的に計算して、以後の粗動接近
をその距離関数として電圧を印可するように設定でき
る。その時は、図１で粗動用モータ制御部の制御信号と
ＰＳＤ信号処理部の信号より距離関数を計算し、その後
電圧制御部に距離関数にしたがった電圧を印可すること
で実現する。
【００１５】以上では、静電気力その他の相互作用を距
離の関数としてとらえたが、粗動接近が一定速度の場
合、距離のかわりに時間を変数として代用し、時間関数
としてとらえることも可能である。
離の関数としてとらえたが、粗動接近が一定速度の場
合、距離のかわりに時間を変数として代用し、時間関数
としてとらえることも可能である。
【００１６】
【発明の効果】本発明の走査型プローブ顕微鏡は、カン
チレバーまたは試料に電圧を印加する機構をそなえるこ
とにより、静電気力その他の相互作用のノイズを相殺す
ることができる。これは、測定者が行っている原点調整
を正確に行い、また簡略化，自動化することができる。
チレバーまたは試料に電圧を印加する機構をそなえるこ
とにより、静電気力その他の相互作用のノイズを相殺す
ることができる。これは、測定者が行っている原点調整
を正確に行い、また簡略化，自動化することができる。
【図１】本発明による走査型プローブ顕微鏡の実施例の
構成を示すブロック図。
構成を示すブロック図。
【図２】本発明の動作の説明図。
【図３】本発明の動作の説明図。
【図４】本発明の動作の説明図。
１…スキャナベース、２…Ｚ軸圧電素子、３…Ｘ軸圧電
素子、４…試料ホルダ、５…試料、６…カンチレバー、
７…カンチレバーベース、８…支点、９…粗動用駆動ね
じ、１０…ＤＣモータ、１１…レーザ、１２…ＰＳＤ、
１３…レーザ光の光路、１４…ミラー、１５…粗動用モ
ータ制御部、１６…ＰＳＤ信号処理部、１７…電圧制御
部。
素子、４…試料ホルダ、５…試料、６…カンチレバー、
７…カンチレバーベース、８…支点、９…粗動用駆動ね
じ、１０…ＤＣモータ、１１…レーザ、１２…ＰＳＤ、
１３…レーザ光の光路、１４…ミラー、１５…粗動用モ
ータ制御部、１６…ＰＳＤ信号処理部、１７…電圧制御
部。
Claims (3)
- 【請求項１】試料とカンチレバー間に働く測定目的の相
互作用以外のノイズとなる静電気力などの相互作用を相
殺するために、前記カンチレバーおよび／または前記試
料に電圧を印加する機構を持つことを特徴とする原子間
力顕微鏡および類似の走査型プロープ顕微鏡。 - 【請求項２】請求項１において、前記カンチレバーまた
は前記試料に印加する電圧を前記試料と前記カンチレバ
ー間の距離の関数で変化させる原子間力顕微鏡および類
似の走査型プロープ顕微鏡。 - 【請求項３】請求項２において、前記カンチレバーまた
は前記試料に印可する電圧の距離関数を予備的な粗動接
近により自動的に設定する原子間力顕微鏡および類似の
走査型プロープ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27087994A JPH08136552A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 原子間力顕微鏡および類似の走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27087994A JPH08136552A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 原子間力顕微鏡および類似の走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08136552A true JPH08136552A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17492245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27087994A Pending JPH08136552A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 原子間力顕微鏡および類似の走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08136552A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001335139A (ja) * | 2000-05-23 | 2001-12-04 | Takayanagi Kenkyusho:Kk | 物体搬送供給装置 |
| US8011230B2 (en) | 2007-03-13 | 2011-09-06 | Hitachi, Ltd. | Scanning probe microscope |
| JP2018136224A (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN110568225A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-13 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种形貌信息检测系统、方法及装置 |
| WO2021111114A1 (en) * | 2019-12-02 | 2021-06-10 | Infinitesima Limited | Scanning probe system |
-
1994
- 1994-11-04 JP JP27087994A patent/JPH08136552A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001335139A (ja) * | 2000-05-23 | 2001-12-04 | Takayanagi Kenkyusho:Kk | 物体搬送供給装置 |
| US8011230B2 (en) | 2007-03-13 | 2011-09-06 | Hitachi, Ltd. | Scanning probe microscope |
| JP2018136224A (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| WO2018155563A1 (ja) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | 株式会社島津製作所 | 走査型プローブ顕微鏡 |
| CN110568225A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-12-13 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种形貌信息检测系统、方法及装置 |
| WO2021111114A1 (en) * | 2019-12-02 | 2021-06-10 | Infinitesima Limited | Scanning probe system |
| CN114787637A (zh) * | 2019-12-02 | 2022-07-22 | 英菲尼特斯马有限公司 | 扫描探针系统 |
| JP2023504501A (ja) * | 2019-12-02 | 2023-02-03 | インフィニテシマ リミテッド | 走査プローブシステム |
| US11959936B2 (en) | 2019-12-02 | 2024-04-16 | Infinitesima Limited | Scanning probe system |
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