JPS6352006A

JPS6352006A - 移動機構

Info

Publication number: JPS6352006A
Application number: JP19537486A
Authority: JP
Inventors: Keiji Takada; 啓二高田; Shigeyuki Hosoki; 茂行細木; Sumio Hosaka; 純男保坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-08-22
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1988-03-05
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH0772686B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は走査型トンネル電子顕微鏡の移動機構に係り、
特に正確な微動に好適な機構に関する。

〔従来の技術〕

従来、走査型トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ）の粗動用移
動機構については、アプライド　フィジイ、クス　レタ
ーズ　４０（２）Ｉｓ（１９８２年）＄１７８頁から第
３８０頁（Ａｐｐｌ　、　Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、４０（２）、１５ｆａｎｕａｒｙ　１９８２
）において論じられている。以下に第８図を参照しなが
ら説明する。

移動機構は、圧電板４２、金属の足３９、金属の足４０
、金属板４３、金属の足３９．４０と金属板４３との間
に挿入された絶縁板４１より成る。

金属の足３９あるいは４０に電圧を印加し、金属板４３
との間の静電力により圧電板４２の一端を固定する。こ
の固定機構と圧電板４２の伸縮により、支持台４７に取
付けられた探索針４６を駆動する。まず、金属の足３９
を固定し圧電板４２を伸ばす。次に金属の足４０を固定
した後、金属の足３９の固定を解除した電板４２を縮め
る。この過程を繰り返すことにより探索針４６は試料４
５に近づく。４４（プ試料４５走食用の圧電素子である
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術には、以下に挙げる欠点がある。

ｊ）金属の足３９．４０と絶縁板４】及び金属板４３の
各接触面を非常に高い精度で鏡面に仕上げる必要がある
こと。

１：）絶縁板４１の厚さの不均一性あるいはすべり面へ
の異物の混入などにより、絶縁破壊が起こり易く信頼性
に欠けること。

石）固定解除のために金属の足への印加電圧をＯとした
状態においても、絶縁板４１のチャージアップのため固
定が解除されないことがあること。

Ｉｖ）固定の際、静電力により足が沈みこみ、その結果
探索針４６を試料４５にスムーズに近づけれないこと。

■）金属の足３９または４０に電圧を印加した状態で初
めて固定されること及び金属の足３９゜４０と絶縁板４
１との間隔がごくわずかでも拡大すれば急激に固定力が
夫なわｎるため、重力方向の駆動には適していないこと
。

Ｖ＋）ごくわずかなリーク電流発生の場合、熱的ドリフ
トか起きること。

本発明の目的は、以上述べた欠点を解決し信頼性が高く
安定な固定機構を有する移動機構を提簗することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、バネ等の弾性力、磁気力、重力などを用い
た圧着による固定とこれを解除するための固定解除用圧
電素子より成る固定機構を複数個備え、これにより、試
料あるいは探索針等を保持し移動する移動用圧電素子の
末端部の固定存び固定解除を行うことにより、達成され
る。

また、上記圧電素子のかわりに、歪／電界特性における
ヒステリシスの無い電歪材料を用いても同様である。

〔作用〕

バネ等の圧着力により、試料等を保持し移動する移動用
圧電素子の端部が固定されている。この固定を解除した
い場合は、固定解除用圧電素子に電圧を印加にこれを伸
ばすことにより、圧着力から移動用圧電素子端部を解放
する。

移動用圧電素子両端２個所に固定機構を設けた場合の動
作について述べる。移動用圧電素子の一端の固定を解除
した後移動用圧電素子に電圧を印加し、これを伸ばす、
固定解除した一端を再び固定し、他端の固定を解除する
。移動用圧電素子の印加電圧を０とし、これを縮めた後
、再び両端を固定する。この過程を繰り返すことにより
任意の距離を移動用圧電素子が移動する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。３個の探索針走査用圧電素子１６に支持された探
索針】５に試料台１４を近づける移動機構を説明する。

移動用圧電素子１の両端に端子８及び端子９が取り付け
られている。端子８には試料台１４が固定されている。

これら２個の端子８．９ｆ；！それぞれ固定具６，７に
より引張コイルばね４，５の力で台座１７に押し付けら
れ固定されている。さらに固定具には固定解除用圧電素
子２，３が取り付けられている。これらの圧電素子２，
３の他端はねり、１２．１３で押すことが可能となって
いる。

ねじ１２，１３の先端にはボールが埋め込まれている。

引張コイルばねの一端とねじは、枠１０゜１１により台
座１７と固定されている。引張コイルばね４，５の他端
は固定具６．７にビン１８によって同定されている。

次に動作を説明する。ねじ１２，１３によって固定解除
用圧電素子２，３をごくわずか押すことにより、引張コ
イルばね４．５の力の一部が圧電素子２．３に加わるよ
う調節する。固定解除用圧電素子３に電圧を印加するこ
とにより固定具７は端子９かられずかに離れ、端子９は
弾性から解放される。この状態で移動用圧電素子】に電
圧を印加し、端子８側を基点に圧電素子を伸ばす。次に
固定解除用圧電素子３の電圧印加を解除し端子９を固定
する。固定解除用圧電素子２に電圧を印加し端子８を解
放した後、移動用圧電素子の印加電圧を０とし、その後
固定解除用圧電素子２の電圧もおとす。

この一連の過程により、移動用圧電素子の伸びの長さ分
、試料台が探索針に近づく。この操作を繰り返すことに
より任意の距離、試料台を移動させることができる。

本実施例によれば、ねじで圧電素子を押しばねの力の一
部を常に固定解除用圧電素子に加えることにより、圧電
素子の伸縮によるがたの発生を防止し常に圧電素子の変
位が固定具の動きに正確につながるという効果がある。

さらに圧電素子の超電力が温度に敏感であることを利用
してＳＴＭの温度ドリフトを常時測定できる。

またねじ１２．１３の先端のポールの回転により、ねじ
の回転力が固定解除用圧電素子２．３に伝わらないとい
う特徴がある。

第３図は、平行ばねを利用した他の実施例である。第２
図においては、端子８を通すための固定具６の矩形の穴
の幅は端子８の幅とほぼ同一に加工されており、これに
より移動方向を一軸に制限している。そのため、同定及
び解放時のがたを最小にするためには、この摺動面の摩
擦を最小にするための加工が必要である。この問題を解
決するため、第３図に示す実施例においては、固定具６
と端子８との側面を接触させず端子８の端部に平行ばね
１９を取り付けることにより移動方向を一軸に制限し安
定な動作を図った。なお、平行ばね】９は、第３図の例
のように台座１７と接続するように固定する。

上記実施例から平行ばね１９を取り除くことにより一一
体の移動機構で２次元移動が可能である。

この一実施例を第４図に示す。端子２４，２５゜２６．
２７と固定具２８，２９，３０，３］からなる４か所の
固定機構と４個の移動用圧電素子２０．２］、２２，２
３及びこｎらを接続する接続部３２より成る。試料台１
４を探索針１５に近づけるには、端子２４．２６を固定
し移動用圧電素子２】を伸ばし移動用圧電素子２３を縮
める。

しかる後端子２５．２７を固定し端子２４　、２６を解
放した後移動用圧１！素子２１を縮め移動用圧電素子２
３を伸ばす。同様に移動用圧電素子２０２２の伸縮を利
用することにより、探索針方向に対し垂直面内での試料
台の移動が可能である。

本実施例においては、試料台を２次元方向に移動できる
だけでなく、２点あるいは３点での固定により移動でき
るため、安定な微動が実現できる。

以上の各実施例は、探索針に対する試料台の移動につい
て述べた。本発明による移動機構を用い試料台に対して
探索針及び探索針走査用圧電素子の移動を行った場合も
全く同様である。この一実施例を第５図に示す。

重力方向に移動方向をとっている。探索針】５の移動が
試料台１４の試料面と平行であるためＳＴＭの視野選択
として用いる。第６図に示すように台座】７にみぞ１７
ａを切り、この部分に沿い端子８，９を移動させる。探
索針】５は枠３３に取付けられた探索針走査用圧電素子
１６に取付けられでおり、枠３３（ば端子８に固定され
ている。

本実施例においては、端子８．９に切り込みを作り、移
動用圧電素子を取り付けているため、より小型の移動機
構の製作が可能である。また第４図に示した移動機構と
組み合わせることにより、３次元移動が実現できる。

バネの弾性力による圧着固定の例を挙げたが、磁気力あ
るいは重力による圧着固定に８いても同様である。

重力を一方の固定力として採用した一例を第７図に示す
。試料を取り付けた端子８の固定具３７の重さにより行
い、端子８は常に一定の力で押さえら君でいる。端子９
をばね５により固定した場合、移動用圧電素子１の伸縮
によって端子８が動く。才た端子９を固定解除用圧電素
子３により解放した場合には、端子８が固定され端子９
が動く。

すなわち重力の固定力は、ばね５による固定よりも弱い
が端子９を解放した際は端子８が支点となるに十分な力
である。移動用圧電素子１と固定解除用圧電素子３のオ
ン−オフにより試料を移動させる。

本実施例によると構造が簡単となる。また試料等を取り
付けた端子８の固定及解放時のがたが皆無である。試料
を探索針に数ｎｎｌまで近づけるため、このがたが無い
ということは、大きな長所となる。

以上の実施例においては、圧電素子は全て柱状である。

そのため市販の積層型圧電素子を用いることができ、］
００ｖの印加電圧で数μｍの変位が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、良好な固定が可能であるため。

ばね定数の選択により広い範囲で固定力の選択が可能で
あり、信頼性が高く、製作が容易である０また電圧など
を印加しない状態において同定されているため、真空容
器内への取り付は作業が容易であり１重力方向での移動
にも適している。すなわち、ばねの弾性などによる圧着
力と固定解除用圧電素子に印加する電圧を調整すること
により、固定解除時のがたが僅小の状態での移動を可能
にする０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は、第
１図の固定機構部を示す斜視図、第３図は本発明の他の
実施例の固定機構部を示す斜視図、第４図は本発明の他
の実施例を示す平面図、第５図は本発明の他の実施例を
示す断面図、第６図は第５図の固定部を示す斜視図、第
７図は本発明のさらに他の実施例を示す断面図、第８図
は従来の一例を示す構成図である。１・・・移動用圧電素子、２・・・同定解除用圧！素子
３・・・固定解除用圧電素子、４・・・引張コイルばね
、５・・・引張コイルバネ、６・・・固定具、７・・・
固定具、８・・・端子、９・・・端子、】０・・・枠、
１１・・・枠、】２１３・・・ねじ、１４・・・試料台
、１５・・・探索針、】６・・・探索針走査用圧電素子
、】７・・・台座、１８・・・ビン、】９・・・平行ば
ね、２０，２１，２２，２，３・・・移動用圧電素子、
２４，２５，２６，２７・・・端子２８．２９，３０．
３１・・・固定具、３２・・・接続部３３・・・枠、３
７・・・固定具。第　ノ　ＩＺｌ（第２の第３日第４０／２ル第７目第２圀

Claims

【特許請求の範囲】

試料と探索針と該試料と探索針との位置を相対的に変化
させる機構より成る走査型トンネル顕微鏡の移動機構に
おいて、試料あるいは探索針を移動させるための移動用
圧電素子と該移動用圧電素子の端部を圧着力により固定
するための手段と該圧着力を解除するための固定解除用
圧電素子より成ることを特徴とする走査型トンネル顕微
鏡の移動機構。