[go: up one dir, main page]

JP2005265435A - Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein - Google Patents

Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein Download PDF

Info

Publication number
JP2005265435A
JP2005265435A JP2004074221A JP2004074221A JP2005265435A JP 2005265435 A JP2005265435 A JP 2005265435A JP 2004074221 A JP2004074221 A JP 2004074221A JP 2004074221 A JP2004074221 A JP 2004074221A JP 2005265435 A JP2005265435 A JP 2005265435A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
probe
light
current
physical properties
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004074221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Osada
崇 長田
Shuhei Tanaka
修平 田中
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.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
AGC Techno Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Asahi Techno Glass Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd, Asahi Techno Glass Corp filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP2004074221A priority Critical patent/JP2005265435A/en
Publication of JP2005265435A publication Critical patent/JP2005265435A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for evaluating the physical properties of the minute region on the surface of a solid and a scanning probe microscope used therein to evaluate even a substance of high resistivity such as an oxide or the like without restricting an evaluation object to a good conductor. <P>SOLUTION: The scanning probe microscope is used to bring a probe having conductivity into contact with the surface of a sample, to apply bias voltage across the sample and the probe, to irradiate the contact position with the tip of the probe on the surface of the sample or the vicinity thereof with light, to detect the current flowing across the sample and the probe and to use the result of this detection to evaluate the physical properties of the minute region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体の表面における微小領域の物性評価方法およびそれに用いる走査型のプローブ顕微鏡に関する。   The present invention relates to a method for evaluating physical properties of a minute region on a solid surface and a scanning probe microscope used therefor.

固体の表面における微小領域の物性評価方法には、その目的に応じた種々の方法が存在する。例えば半導体試料のドーパント分布を調べる方法として、二次イオン質量分析(特許文献1および特許文献2)がある。この方法は一次イオンを加速して試料に衝突させたときに、二次イオンとして試料から放出される構成元素の種類を質量分析によって評価するものである。この評価方法によれば、試料深さ方向のドーパント分布を高感度にて調べることができる。   There are various methods for evaluating the physical properties of a minute region on the surface of a solid depending on the purpose. For example, as a method for examining the dopant distribution of a semiconductor sample, there is secondary ion mass spectrometry (Patent Document 1 and Patent Document 2). In this method, when primary ions are accelerated and collide with a sample, the types of constituent elements released from the sample as secondary ions are evaluated by mass spectrometry. According to this evaluation method, the dopant distribution in the sample depth direction can be examined with high sensitivity.

しかし、この方法は試料に一次イオンを衝突させ、試料を構成する元素をイオン化して弾き飛ばす分析法であるため、非破壊の評価を行なうことができなかった。即ち、この方法では試料の組成分析はできるものの、試料の物性や特性など試料の状態についての詳細な評価が困難であった。また微小領域の分析評価という観点からすると、分析評価の領域を絞り込んだ場合の領域はおよそ15μm×15μmであって、その分解能は約500nm程度であり、それ以下の微小領域の分析評価が困難であるという問題点があった。   However, since this method is an analysis method in which primary ions collide with a sample and the elements constituting the sample are ionized and blown away, it has not been possible to perform non-destructive evaluation. That is, although this method can analyze the composition of a sample, it has been difficult to make a detailed evaluation of the sample state such as physical properties and characteristics of the sample. Further, from the viewpoint of analysis and evaluation of a micro area, the area when the area of analysis and evaluation is narrowed down is about 15 μm × 15 μm, and the resolution is about 500 nm, and analysis and evaluation of a micro area below that is difficult. There was a problem that there was.

また近年、特に試料の微小領域の物性を調べたり特性を評価したりする手段として、走査型トンネル顕微鏡などの各種走査型プローブ顕微鏡が多く使用されるようになった。例えば探針を試料に接近させることによって生じるトンネル電流から物性量を求める方法(特許文献3)や、走査型トンネル顕微鏡の探針を半導体などの試料に接近させ、探針と試料の間にトンネル電流を流し、この電流によって試料にプラズモンモードを誘起させ、このプラズモンモードによって誘起される近接場光を検出することにより、試料のドーパント分布やキャリア密度などの物性量を求める方法(特許文献4)、また試料のバンドギャップよりも小さいエネルギーを持つ赤外光を試料に照射して表面プラズモンを励起し、これによって誘起される近接場光を測定することにより、試料のドーパント分布やキャリア密度などの物性量を求める方法(特許文献5)などが提案されている。   In recent years, various scanning probe microscopes such as a scanning tunneling microscope have come to be used in particular as means for examining physical properties of a micro area of a sample and evaluating characteristics. For example, a method for obtaining a physical property amount from a tunnel current generated by bringing a probe close to a sample (Patent Document 3), or a probe of a scanning tunneling microscope is brought close to a sample such as a semiconductor, and a tunnel is formed between the probe and the sample. A method of obtaining physical properties such as dopant distribution and carrier density of a sample by flowing a current, inducing a plasmon mode in the sample by this current, and detecting near-field light induced by the plasmon mode (Patent Document 4) In addition, by irradiating the sample with infrared light having energy smaller than the band gap of the sample to excite surface plasmons and measuring the near-field light induced by this, the dopant distribution and carrier density of the sample are measured. A method for obtaining a physical property amount (Patent Document 5) has been proposed.

このほかに磁気記録媒体などの微細な領域での評価を行なう方法として、スピン偏極顕微鏡が提案されている(特許文献6)。これは探針に円偏光を照射してスピン偏極電子を生成し、この電子をトンネル効果により試料に注入し、トンネル電流を検出して評価するものである。   In addition, a spin polarization microscope has been proposed as a method for performing evaluation in a fine region such as a magnetic recording medium (Patent Document 6). In this method, spin-polarized electrons are generated by irradiating the probe with circularly polarized light, and the electrons are injected into the sample by the tunnel effect, and the tunnel current is detected and evaluated.

しかしながら、これらの方法は、例えば走査型トンネル顕微鏡の場合は、探針と試料との間にトンネル電流が流れる必要があり、このため試料は導電性を有するものでなければならないという制約があった。導電性を持たない物質に対しては、その表面に導電性の薄い膜を被覆して測定をすることが多く行なわれているが、この方法は表面の凹凸についての情報を得るものであって、その材料の物性や表面の特性を評価するものではなかった。
特開2001−59826号公報 特開2001−141676号公報 特開平7−72159号公報 特開2000−12636号公報 特開2000−260832号公報 特開昭62−139240号公報
However, in these methods, for example, in the case of a scanning tunneling microscope, a tunnel current needs to flow between the probe and the sample, and thus there is a restriction that the sample must be conductive. . For non-conducting substances, measurement is often performed by coating a thin conductive film on the surface, but this method obtains information on surface irregularities. It did not evaluate the physical properties or surface properties of the material.
JP 2001-59826 A JP 2001-141676 A JP-A-7-72159 JP 2000-12636 A JP 2000-260832 A JP-A-62-139240

このように、従来用いられてきた試料表面の微小領域の物性を評価する方法のうち、二次イオン質量分析は、微小領域の物性評価が困難であり、また走査型トンネル顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡を用いて物性を評価する方法は、試料が導電性を有するものに限られるという制約があった。   As described above, of the conventional methods for evaluating the physical properties of the micro area on the sample surface, secondary ion mass spectrometry is difficult to evaluate the physical characteristics of the micro area, and a scanning probe such as a scanning tunneling microscope is used. The method of evaluating physical properties using a microscope has a restriction that the sample is limited to those having conductivity.

本発明は、試料表面の微小領域における物性評価について、従来技術における上記の問題点に着目し、こうした問題点を解決した新しい微小領域の物性評価方法を提供するとともに、これに用いる走査型プローブ顕微鏡を提供するものである。   The present invention pays attention to the above-mentioned problems in the prior art for evaluating physical properties in a micro area on the surface of a sample, and provides a new micro area physical property evaluation method that solves these problems, and a scanning probe microscope used therefor Is to provide.

本発明者らは、試料に光を照射したときの光伝導とそれによる光電流の挙動が試料の物性を反映することに着目し、走査型プローブ顕微鏡の機能を利用して微小領域における光電流の挙動を測定できるようにし、さらに光電流を検出し、これを微小領域における物性評価に用いることを目的として研究を重ねた結果、本発明に到達することができた。   The inventors focused on the fact that the photoconductivity and the resulting photocurrent behavior when the sample is irradiated with light reflect the physical properties of the sample. As a result of repeated studies with the aim of detecting the photocurrent and detecting the photocurrent and using it to evaluate the physical properties in a microscopic region, the present invention has been achieved.

本発明の微小領域の物性評価方法は、走査型プローブ顕微鏡を使用した微小領域の物性評価方法であって、導電性を有する探針を試料の表面に接触させ、試料と探針との間にバイアス電圧を印加し、試料の表面における探針の先端が接触する位置またはその近傍に光を照射し、試料と探針との間に流れる電流を検出する操作を備えていることを特徴とする。   The method for evaluating physical properties of a micro region according to the present invention is a method for evaluating physical properties of a micro region using a scanning probe microscope, wherein a conductive probe is brought into contact with the surface of the sample, and the sample is placed between the sample and the probe. It is characterized in that a bias voltage is applied to irradiate light at or near the position where the tip of the probe contacts on the surface of the sample to detect the current flowing between the sample and the probe. .

本発明においては、試料表面に光を照射して光導電性を生じさせた状態で電圧を印加することにより、微小領域に流れる電流を検出する。このような光導電性は、光照射によって不純物準位の電子が導電帯にフォトキャリアとして励起されるか、あるいは価電子帯から電子が不純物準位に励起されて価電子帯に正孔が発生するなどの機構により生じるものと考えられる。ここに不純物準位は、母体中に不純物の存在によるもののほか、格子の不整があるなど種々の原因によって生成される。   In the present invention, a current flowing in a minute region is detected by applying a voltage in a state where light is irradiated on the sample surface to cause photoconductivity. In such photoconductivity, electrons in the impurity level are excited as photocarriers in the conduction band by light irradiation, or electrons are excited from the valence band to the impurity level to generate holes in the valence band. This is thought to be caused by a mechanism such as Here, the impurity level is generated due to various causes such as a lattice irregularity in addition to the presence of impurities in the matrix.

半導体などの物質においては、光照射によって励起される電子または正孔のフォトキャリアはエネルギーバンドに励起されて自由電子となり、比較的大きな光導電性を示すことが多い。これに対し、酸化物の材料などの場合には、半導体の場合のような形にフォトキャリアが励起されるとは考えられないが、そのような材料の場合にも光照射により導電性が変化し光電流が検出できること、およびこの光電流を測定することによって材料の物性を評価することができることがわかった。   In a substance such as a semiconductor, electron or hole photocarriers excited by light irradiation are excited to an energy band to become free electrons and often exhibit relatively large photoconductivity. In contrast, in the case of oxide materials, photocarriers are not expected to be excited in the same way as in the case of semiconductors, but the conductivity changes due to light irradiation even in such materials. It was found that the photocurrent can be detected and the physical properties of the material can be evaluated by measuring the photocurrent.

光照射によるフォトキャリアの励起は、照射する光のエネルギーに依存する。このため測定によって照射する光の波長とフォトキャリアの励起との関係を明らかにすれば、試料の物性について詳細な評価が可能となる。   Excitation of photocarriers by light irradiation depends on the energy of the irradiated light. For this reason, if the relationship between the wavelength of light to be irradiated and the excitation of photocarriers is clarified by measurement, detailed physical properties of the sample can be evaluated.

本発明の走査型プローブ顕微鏡は、導電性を有する探針と、探針の先端を前記試料の表面に当接させる当接手段と、探針の先端を前記試料の表面に当接させながら前記探針の先端と前記試料との位置関係を相対的に移動させる移動手段と、試料の表面の前記探針の先端が当接する位置またはその近傍に光を照射する光照射手段と、試料と探針との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、試料と探針との間に流れる電流を検出する電流検出手段とを備えていることを特徴とする。   The scanning probe microscope of the present invention includes a conductive probe, contact means for bringing the tip of the probe into contact with the surface of the sample, and the tip of the probe while making contact with the surface of the sample. A moving means for relatively moving the positional relationship between the tip of the probe and the sample; a light irradiating means for irradiating light at or near the position where the tip of the probe contacts the surface of the sample; and the sample and the probe A voltage applying means for applying a bias voltage between the needle and a current detecting means for detecting a current flowing between the sample and the probe are provided.

本発明によれば、測定対象の試料の導電性が小さい場合であっても、光を照射することによりキャリアを生成して導電性を高め、光電流を検出することができる。このため、従来は走査型プローブ顕微鏡で物性評価を行なうことが困難であった高抵抗率の材料についても、本発明の方法により物性評価を行なうことができる。   According to the present invention, even when the conductivity of a sample to be measured is small, carriers can be generated by irradiating light to increase conductivity, and photocurrent can be detected. For this reason, it is possible to perform physical property evaluation by the method of the present invention even for a material having high resistivity, which has conventionally been difficult to perform physical property evaluation with a scanning probe microscope.

本発明の微小領域の物性評価方法では、探針と試料とを接触させ、これに光を照射し、バイアス電圧を印加することにより、流れる電流を検出する。この点において、本発明は探針と試料との間を非接触に保ち、探針と試料との間に流れるトンネル電流を一定に制御する通常の走査型トンネル顕微鏡を用いる評価方法とは異なっており、本発明は、通常の走査型トンネル顕微鏡では得られなかった光電流による試料の微小領域の物性評価を可能にしたものである。   In the method for evaluating physical properties of a minute region of the present invention, a flowing current is detected by bringing a probe into contact with a sample, irradiating the probe with light, and applying a bias voltage. In this respect, the present invention is different from an evaluation method using a normal scanning tunneling microscope in which the probe and the sample are kept in non-contact and the tunnel current flowing between the probe and the sample is controlled to be constant. Thus, the present invention makes it possible to evaluate the physical properties of a micro area of a sample by a photocurrent that cannot be obtained by a normal scanning tunneling microscope.

本発明により、従来の方法では評価できなかった試料の微小領域の物性を評価することができるようになった。また、試料の導電性が小さい場合でも、光照射により導電性を与えることにより、微小領域の物性評価が可能になった。   According to the present invention, it has become possible to evaluate the physical properties of a micro region of a sample that could not be evaluated by a conventional method. In addition, even when the conductivity of the sample is small, the physical properties of a minute region can be evaluated by providing conductivity by light irradiation.

次に図面を参照し、本発明の実施の形態を示すことにより、本発明についてさらに詳細かつ具体的に説明する。   Next, the present invention will be described in more detail and specifically by showing embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1は本発明の光電流測定の構成についてその一実施形態を模式的に示した図である。図1において、導電性を有する探針1は、位置制御により試料2に接触した状態に保たれている。この位置制御は、探針1の位置を検出系によって検出し、その検出結果をスキャナ3にフィードバックすることにより精密に行われ、これによって探針1と試料2との間は距離をゼロの接触状態を保っている。探針1と試料2との間には、電圧制御部4からのバイアス電圧を印加している。他方、光源5からの光は集光部6により集光させ、試料2の表面を照射光9が照射する。試料2はこの光照射を受け、光導電効果によって導電率が増加し、バイアス電圧の印加により流れる電流量が増す。この電流量の増加は電圧電流特性の変化としても現われる。なお、探針1と試料2との接触状態は、ナノスコープなどの装置を用いて確認できるようにしておくことができる。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of the configuration of photocurrent measurement of the present invention. In FIG. 1, a conductive probe 1 is kept in contact with a sample 2 by position control. This position control is performed precisely by detecting the position of the probe 1 by a detection system and feeding back the detection result to the scanner 3, whereby the distance between the probe 1 and the sample 2 is zero. Keeps the state. A bias voltage from the voltage control unit 4 is applied between the probe 1 and the sample 2. On the other hand, the light from the light source 5 is condensed by the condensing unit 6, and the irradiation light 9 irradiates the surface of the sample 2. The sample 2 receives this light irradiation, the conductivity increases due to the photoconductive effect, and the amount of current flowing increases due to the application of the bias voltage. This increase in current amount also appears as a change in voltage-current characteristics. The contact state between the probe 1 and the sample 2 can be confirmed using a device such as a nanoscope.

このようにして、探針1を試料2の面に接触させ、試料2に対し照射光9を照射して試料2に伝導電子や正孔などのキャリアを励起し、電圧制御部4により探針1と試料2との間に電圧を印加することにより光電流を発生させ、この光電流を測定し評価することによって、試料2の物性が評価される。   In this manner, the probe 1 is brought into contact with the surface of the sample 2, the sample 2 is irradiated with the irradiation light 9 to excite carriers such as conduction electrons and holes in the sample 2, and the probe is controlled by the voltage control unit 4. By applying a voltage between 1 and sample 2 to generate a photocurrent, and measuring and evaluating this photocurrent, the physical properties of sample 2 are evaluated.

なお、図1に示した照射光9の集光部6を用いた照射では、探針1の背面から光を照射することにより、探針1が試料2に接触する位置またはその近傍に集光させている。この場合には光は探針1とその支持機構との背面によって遮られないようにし、十分な量の光が試料2の表面の探針1が接触する位置に集光されて照射されるようにする。このような構成を得るには、金属顕微鏡の構成や、特開平5−71949号公報に記載の円筒状ランプハウスの構成などを利用することができる。   In the irradiation using the condensing unit 6 for the irradiation light 9 shown in FIG. 1, the light is irradiated from the back surface of the probe 1, thereby condensing the probe 1 at or near the position where the probe 1 contacts the sample 2. I am letting. In this case, the light is not blocked by the back surface of the probe 1 and its support mechanism, and a sufficient amount of light is condensed and irradiated at the position where the probe 1 on the surface of the sample 2 contacts. To. In order to obtain such a configuration, a configuration of a metal microscope, a configuration of a cylindrical lamp house described in JP-A-5-71949, or the like can be used.

また図2に示したように、光源5から発した光は集光部6を用いて集光するとともに、図示したミラー10あるいはプリズムなどを用いて光路を変えることにより、斜めの方向から試料2の表面の探針1が接触する位置またはその近傍に照射するようにしてもよい。また光ファイバを用い、照射光9を試料2の表面の探針1が接触する位置の近傍に導き、照射するようにしてもよい。さらに試料2の裏面からの照射が可能でありまた有効である場合には、裏面からの光照射を用いることもできる。なお図2において、図1と共通する部材の符号には同じ符号を用いた。   Further, as shown in FIG. 2, the light emitted from the light source 5 is condensed using the condensing unit 6 and the optical path is changed using the illustrated mirror 10 or a prism, whereby the sample 2 is viewed from an oblique direction. You may make it irradiate to the position where the probe 1 of the surface of this contacts, or its vicinity. Further, using an optical fiber, the irradiation light 9 may be guided to the vicinity of the position where the probe 1 on the surface of the sample 2 contacts, and irradiated. Furthermore, when irradiation from the back surface of the sample 2 is possible and effective, light irradiation from the back surface can also be used. In FIG. 2, the same reference numerals are used for the same reference numerals as those in FIG.

上記探針1には、通常入手可能な探針として、例えばシリコンナイトライド(窒化シリコン)や、カーボンナノチューブなどを材質とするものを用いることができ、その際に探針の材質が十分な導電性を有しない場合には、例えば、金、銀、銅などの金属コートをして導電性を付与したものを用いることができる。例えばシリコンナイトライドに金属コートをして金属導電性を持たせたものを好ましく用いることができる。   As the probe 1, for example, a silicon nitride (silicon nitride) or a carbon nanotube can be used as a commonly available probe. In this case, the probe material is sufficiently conductive. In the case where it does not have the property, for example, a metal coating such as gold, silver, copper, etc., imparted with conductivity can be used. For example, it is possible to preferably use a silicon nitride that is provided with metal conductivity by metal coating.

探針1が金属導電性を有し、試料2が半導体としての導電性を有する場合には、探針1と試料2とが接触しショットキー接合が形成される。この接合面に電界を印加し、光照射により試料2に電子あるいは正孔をキャリアとして励起し光電流を発生させ、この電流を測定することにより、試料2の探針1が接触している微小領域に特徴的な物性が評価できる。この際、照射する光の波長や入射光量を変化させて光電流の光波長および光強度依存性を調べることにより、試料2の物性について詳細な情報を得ることができる。   When the probe 1 has metal conductivity and the sample 2 has conductivity as a semiconductor, the probe 1 and the sample 2 come into contact with each other to form a Schottky junction. An electric field is applied to the bonding surface, and the sample 2 is excited by electrons or holes as carriers by light irradiation to generate a photocurrent. By measuring this current, the probe 1 of the sample 2 is in contact with the microscopic surface. The physical properties characteristic of the area can be evaluated. At this time, detailed information on the physical properties of the sample 2 can be obtained by changing the wavelength of the irradiated light and the amount of incident light to examine the dependence of the photocurrent on the light wavelength and light intensity.

なお、光照射をしない状態にて探針1と試料2の間の電圧電流特性を測定し、即ち暗電流特性を測定し、これと上記した光電流特性とを比較することにより、試料2のドーパント分布や電流障壁の高さなどの物性について、より有力なデータを得ることができる。   In addition, the voltage-current characteristic between the probe 1 and the sample 2 is measured without light irradiation, that is, the dark current characteristic is measured, and this is compared with the above-described photocurrent characteristic. More powerful data can be obtained about physical properties such as dopant distribution and current barrier height.

このようにして測定されたデータは、図1の電流測定部7を経てディジタルデータ変換され、パーソナルコンピュータ8に入力される。パーソナルコンピュータ8では、内蔵されたソフトウエアにより、電流−電圧特性やその分布を算出し、その結果を表示部9に表示することができる。また光を照射しない場合の電流−電圧特性を測定し、これとの差異を求めこともできる。この測定を探針1の位置を変化させて行なうことにより、この走査型プローブ顕微鏡の分解能にて、その平面分布を得ることができる。   The data measured in this way is converted into digital data via the current measuring unit 7 in FIG. 1 and input to the personal computer 8. In the personal computer 8, the current-voltage characteristic and its distribution can be calculated by the built-in software, and the result can be displayed on the display unit 9. Moreover, the current-voltage characteristic when not irradiating light can be measured, and the difference from this can be obtained. By performing this measurement while changing the position of the probe 1, the plane distribution can be obtained with the resolution of the scanning probe microscope.

こうした光電流測定とその解析においては、バイアス電圧を一定にし、照射する光の波長や光量を変化させることにより光電流特性の光波長依存性や光量依存性を測定することや、光照射条件を一定にして温度を変化させることにより光電流特性の温度依存性を測定することによって、試料2の微小領域における物性およびその分布をより詳細に評価し、またこれを表示することができる。   In such photocurrent measurement and analysis, the bias voltage is fixed and the wavelength and light quantity of the irradiated light are changed to measure the light wavelength dependence and light quantity dependence of the photocurrent characteristics. By measuring the temperature dependence of the photocurrent characteristics by changing the temperature at a constant temperature, the physical properties and their distribution in the micro region of the sample 2 can be evaluated in more detail and displayed.

多くの酸化物などの物質を試料2とする場合には、常温における試料2の抵抗率が高いために試料2に探針1を接触させ、バイアス電圧を印加し光を照射した場合にも、流れる電流値が小さく、光電流の測定が困難となる場合がある。このような場合には、試料2を昇温して抵抗率を小さくした上で光照射を行なうことにより、測定の容易な光電流を得ることができることがわかった。このように光電流を促す手段として、試料2の温度を局部的にあるいは試料2全体として変化させる方法を補助的に用いることができる。試料2の温度を変化させるための具体的な手段として、例えば高温試料台を用いる方法を選択することができる。このような目的に用いることのできる高温試料台としては、例えばセイコーインスツルメンツ社製のものなどを挙げることができる。   When a material such as many oxides is used as the sample 2, the resistivity of the sample 2 at room temperature is high, so that the probe 1 is brought into contact with the sample 2 and a bias voltage is applied to irradiate light. In some cases, the value of the flowing current is small, making it difficult to measure the photocurrent. In such a case, it was found that a photocurrent that can be easily measured can be obtained by increasing the temperature of the sample 2 to reduce the resistivity and then performing light irradiation. As a means for promoting the photocurrent as described above, a method of changing the temperature of the sample 2 locally or as a whole of the sample 2 can be supplementarily used. As a specific means for changing the temperature of the sample 2, for example, a method using a high-temperature sample stage can be selected. Examples of the high-temperature sample stage that can be used for such purposes include those manufactured by Seiko Instruments Inc.

図3は上記光源5として用いることのできるレーザーダイオードの一例として波長407nmの光を発光するレーザーダイオード(ネオアーク社製)について、制御電流と発振出力との関係を示した図である。このレーザーダイオードを用いる場合には、制御電流45mA以上にすれば発振出力を制御電流によって調整することができることがわかる。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control current and the oscillation output of a laser diode (manufactured by Neoarc) that emits light having a wavelength of 407 nm as an example of a laser diode that can be used as the light source 5. When this laser diode is used, it can be seen that the oscillation output can be adjusted by the control current when the control current is set to 45 mA or more.

また上記光源5として、例えば水銀ランプなどの各種のランプを、それぞれの持つ波長分布の特徴を生かして使用することができる。   As the light source 5, various lamps such as a mercury lamp can be used taking advantage of the characteristics of the wavelength distribution of each lamp.

また本発明の微小領域の物性評価においては、試料2に光を照射し、光電流を測定する場合に、上記したように、試料2を加熱して温度変化を与えるほかに、、光電流を測定する際に試料2に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかの変化を加えることができる。これらのいずれかを加えることによって生じる検出電流の変化から、試料2の物性についてより多くの情報を得ることができる。   In the physical property evaluation of the microscopic area of the present invention, when the sample 2 is irradiated with light and the photocurrent is measured, as described above, the sample 2 is heated and given a temperature change. At the time of measurement, a change in at least one of a magnetic field, an electric field, and a sound field can be applied to the sample 2. More information on the physical properties of the sample 2 can be obtained from the change in the detection current caused by adding any of these.

次に、本発明の微小領域の物性評価に用いる装置における探針1と試料2との間の相対位置制御、およびこれらの間の接触状態制御を含む装置構成について、その要点を述べる。   Next, the main points of the apparatus configuration including the relative position control between the probe 1 and the sample 2 and the contact state control between them in the apparatus used for evaluating the physical properties of the micro area according to the present invention will be described.

図4はこのような装置構成の一実施形態のブロック図である。このブロック図は、微細領域の光電流特性を測定し評価するブロックAと、探針1と試料2との相対位置を制御し探針1と試料2との接触状態を制御するブロックBとに分けることができる。   FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of such an apparatus configuration. This block diagram includes a block A for measuring and evaluating photocurrent characteristics in a fine region, and a block B for controlling the relative position between the probe 1 and the sample 2 and controlling the contact state between the probe 1 and the sample 2. Can be divided.

ブロックAは、光電流測定部を構成している。ブロックAの光電流測定部では、図1にてすでに述べたように、接触状態を保った探針1と試料2との間にバイアス電圧を印加し、光源5からの光が集光部6により集光されて試料2の表面に照射することによって、探針1と試料2との間に流れる光電流の信号を、電流検出前置増幅部11にて検出し電流増幅部12にて増幅し、電流データ処理部13にてデータ処理する。この図4の11〜13は図1lの符号7〜8に対応している。こうして電流データ処理部13にてデータ処理した結果は、電流特性表示部14にて表示する。   The block A constitutes a photocurrent measuring unit. In the photocurrent measurement unit of block A, as already described with reference to FIG. 1, a bias voltage is applied between the probe 1 and the sample 2 that are kept in contact with each other, and the light from the light source 5 is collected by the condensing unit 6. The photocurrent signal flowing between the probe 1 and the sample 2 is detected by the current detection preamplifier 11 and amplified by the current amplifier 12 by irradiating the surface of the sample 2 with the light collected by Then, the current data processing unit 13 performs data processing. 4 correspond to reference numerals 7 to 8 in FIG. The result of data processing in the current data processing unit 13 is displayed on the current characteristic display unit 14.

他方、ブロックBは、ブロックAにおける微細領域の光電流特性の測定に必要な探針1と試料2との間の相対位置関係および探針1と試料2との接触状態を精密に制御するものである。その構成および機能は、通常の走査型トンネル顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡と同様である。ブロックBにおいて、制御部17はピエゾ素子18と探針1と試料2との相対位置を大きく動かすための粗動機構20とを制御し、探針1を試料2に対し相対的に移動させて走査を行なわせるとともに、探針1と試料2との間の接触状態を保持する。なお、探針1と試料2との相対位置制御のアクチュエーターであるピエゾ素子18は探針側に設けて位置制御をすることもできる。   On the other hand, the block B precisely controls the relative positional relationship between the probe 1 and the sample 2 and the contact state between the probe 1 and the sample 2 necessary for measuring the photocurrent characteristics of the fine region in the block A. It is. Its configuration and function are the same as those of a scanning probe microscope such as a normal scanning tunneling microscope. In block B, the control unit 17 controls the coarse movement mechanism 20 for largely moving the relative position of the piezo element 18 and the probe 1 and the sample 2, and moves the probe 1 relative to the sample 2. The scanning is performed and the contact state between the probe 1 and the sample 2 is maintained. The piezoelectric element 18 that is an actuator for controlling the relative position between the probe 1 and the sample 2 can also be provided on the probe side for position control.

試料2に接触させた探針1の位置は、静電容量式あるいは光てこなどの方式を用いた探針変位検出部15によって検出し、その検出結果は変位データ処理部16にて処理した後、制御部17に入力し、この入力に基づく制御信号をスキャナを構成するピエゾ素子18に入力し精密な制御を行なう。この制御結果は試料2の表面形状を反映したものであり、これを表面形状表示部19にて表示する。   The position of the probe 1 in contact with the sample 2 is detected by a probe displacement detection unit 15 using a capacitance type or optical lever system, and the detection result is processed by a displacement data processing unit 16. The control signal is input to the control unit 17 and a control signal based on the input is input to the piezo element 18 constituting the scanner to perform precise control. This control result reflects the surface shape of the sample 2 and is displayed on the surface shape display unit 19.

探針1の変位検出には、光てこ方式を用いることができる。光てこ方式を用いる際には、光てこによる位置制御が光源5によって乱されないようにする必要があり、また試料2の光電流が光てこ方式に用いる光の影響を受けないようにする必要がある。このため、測定対象の試料2に光導電効果を生じない波長の光を光てこ用の光として選択し用いることが好ましい。また光てこに用いるフォトディテクターは、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍の光のみを通す光学フィルタで保護し、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍の光だけを検出するようにすることが好ましい。   An optical lever method can be used for detecting the displacement of the probe 1. When using the optical lever system, it is necessary to prevent the position control by the optical lever from being disturbed by the light source 5, and it is necessary to prevent the photocurrent of the sample 2 from being affected by the light used in the optical lever system. is there. For this reason, it is preferable to select and use light having a wavelength that does not cause a photoconductive effect on the sample 2 to be measured as light for the lever. In addition, the photodetector used for the optical lever is protected by an optical filter that passes only light in the vicinity of the wavelength range of light used in the optical lever method, and only the light in the vicinity of the wavelength range of light used in the optical lever method is detected. It is preferable to do.

図5には光てこに用いられるフォトディテクターの分光感度の一例を点線にて示した。このフォトディテクターを光学フィルタで保護し、例えば図5に実線で示したように、光てこ方式に用いられる光の波長域近傍だけ感度を有するようにすることができる。こうすることによって、光源5の光の影響を除くことができ、光てこの機能が光源5の光によって乱されるのを避けることができる。   In FIG. 5, an example of the spectral sensitivity of the photodetector used for the optical lever is shown by a dotted line. This photodetector can be protected by an optical filter so that, for example, as shown by a solid line in FIG. 5, the sensitivity is provided only in the vicinity of the wavelength range of light used in the optical lever system. By doing so, the influence of the light of the light source 5 can be eliminated, and the function of the light lever can be prevented from being disturbed by the light of the light source 5.

次に本発明の実施例を述べる。なおこれら実施例は、本発明の具体例を示したものであって本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の各請求項に基づいて判断される。   Next, examples of the present invention will be described. These examples show specific examples of the present invention and do not limit the scope of the present invention. The scope of the present invention is determined based on the claims.

図1に示した光電流測定の構成を用い、サイズが25mm×25mm×1mmのシリコンウエハであってボロンのドープされた試料2について、微細領域の光電流特性を測定した。走査型プローブ顕微鏡装置(SPA−300HV、セイコーインスツルメンツ社製)の備えた機能を利用することにより、上記した図4のブロックBに示した探針1と試料2との間の位置制御を行なった。また光源5としては、波長407nmの光を発光するレーザーダイオード(ネオアーク社製)を用いた。また集光部6には、利用した走査プローブ顕微鏡に付属の金属顕微鏡(オリンパス社製)を用いた。また測定された電流データの処理(ディジタル処理)は、走査プローブ顕微鏡装置に付属したソフトウエアを利用した。   Using the configuration of photocurrent measurement shown in FIG. 1, the photocurrent characteristics of a fine region were measured for a sample 2 of a silicon wafer having a size of 25 mm × 25 mm × 1 mm and doped with boron. By using the function of the scanning probe microscope apparatus (SPA-300HV, manufactured by Seiko Instruments Inc.), the position control between the probe 1 and the sample 2 shown in the block B of FIG. 4 described above was performed. . As the light source 5, a laser diode (manufactured by Neoarc) that emits light having a wavelength of 407 nm was used. In addition, a metal microscope (manufactured by Olympus) attached to the used scanning probe microscope was used as the condensing unit 6. The measured current data was processed (digital processing) using software attached to the scanning probe microscope apparatus.

この装置では、探針1の位置検出に光てこ方式を採用している。また試料台を載せるスキャナ3にはピエゾ素子を用いており、xy方向を±200V/18bit、z方向を±200V/21bitにて制御することができる。分解能はxy方向に0.3nm、z方向に0.01nmを有し、探針1−試料2間のバイアス電圧を±10Vの範囲内で可変できる。また探針1には、シリコンナイトライドの材質に金属の導電性コートとして金をコートしたものを用いた。   This apparatus employs an optical lever method for detecting the position of the probe 1. The scanner 3 on which the sample stage is placed uses a piezo element, and can be controlled with ± 200 V / 18 bits in the xy direction and ± 200 V / 21 bits in the z direction. The resolution is 0.3 nm in the xy direction and 0.01 nm in the z direction, and the bias voltage between the probe 1 and the sample 2 can be varied within a range of ± 10V. For the probe 1, a silicon nitride material coated with gold as a metal conductive coating was used.

上述した各構成により、探針1と試料2とを接触させ、金属とシリコンウエハのショットキー接合を形成し、以下に述べる微小領域の電圧−電流特性データの測定を行なった。   With the above-described configuration, the probe 1 and the sample 2 were brought into contact with each other to form a Schottky junction between a metal and a silicon wafer, and voltage-current characteristic data of a minute region described below was measured.

なお、電圧−電流特性データの取得に先立ち、走査電子顕微鏡の機能を利用し、データ処理には装置に付属のコンピュータソフトウエアを用い、シリコンウエハの試料2の形状像、電流像、および摩擦像の観察を試みた。その結果、形状像については、シリコンウエハが非常に平坦で±0.01nmなので、面の形状による信号は周囲のノイズレベル以下であった。また電流像には、原子の規則的な配列による紋様が観察された。さらにシリコンウエハ面の摩擦像も形状像の場合と同様、周囲のノイズレベル以下であった。   Prior to the acquisition of voltage-current characteristic data, the function of the scanning electron microscope is used, and the computer software attached to the apparatus is used for data processing, and the shape image, current image, and friction image of the silicon wafer sample 2 are used. I tried to observe. As a result, regarding the shape image, since the silicon wafer was very flat and ± 0.01 nm, the signal due to the shape of the surface was below the ambient noise level. In the current image, a pattern due to the regular arrangement of atoms was observed. Further, the friction image on the silicon wafer surface was below the ambient noise level as in the case of the shape image.

続いて光を照射しない場合のシリコンウエハの電流−電圧特性を求めた。測定範囲はxy方向の100nm角の範囲とし、10nmごとに位置を移動しながら、このバイアス電圧に対する電流の関係を求めた。測定結果のデータ処理には走査型プローブ顕微鏡に付属したソフトウエアを用い、各位置について横軸を電圧、縦軸を電流とした電圧−電流特性を得た。   Subsequently, the current-voltage characteristics of the silicon wafer when no light was irradiated were obtained. The measurement range was a range of 100 nm square in the xy direction, and the relationship of current to this bias voltage was determined while moving the position every 10 nm. For data processing of the measurement results, software attached to the scanning probe microscope was used, and voltage-current characteristics were obtained with the horizontal axis representing voltage and the vertical axis representing current for each position.

この結果を図6に示した。図6の電圧−電流特性はショットキー接合が得られていることを示している。図6において、電圧−電流特性はほぼよく揃い、負電圧側の降伏電圧もよく揃ったものとなった。   The results are shown in FIG. The voltage-current characteristics in FIG. 6 indicate that a Schottky junction is obtained. In FIG. 6, the voltage-current characteristics are substantially well aligned, and the breakdown voltage on the negative voltage side is also well aligned.

次に光源5のレーザーダイオードを用いて光照射を行なった状態で同じ測定点に対し同様の測定を行なった。その結果を図7に示す。図7の測定結果によれば、電圧−電流特性の曲線としてほぼ一つの曲線群にまとまり降伏電圧もほぼ揃っているもの7aのほかに、より低い降伏電圧を持つ電圧−電流特性の曲線7bが出現している。これは光照射によってシリコンウエハの特定の部分にキャリアが励起され、この部分の降伏電圧を低めているものである。   Next, the same measurement was performed on the same measurement point in a state where light was irradiated using the laser diode of the light source 5. The result is shown in FIG. According to the measurement result of FIG. 7, the voltage-current characteristic curve 7b having a lower breakdown voltage is obtained in addition to the voltage-current characteristic curve 7a having almost the same breakdown voltage and almost the same breakdown voltage. Has appeared. This is because carriers are excited in a specific part of the silicon wafer by light irradiation, and the breakdown voltage of this part is lowered.

実施例1のシリコンウエハ試料2について測定位置を変え、別の100nm角の範囲について、実施例1と同じ手順にて微細領域の電圧−電流特性を求めた。まず、光を照射しない状態での電圧−電流特性を求めた。その結果を図8に示す。図8において、電圧−電流特性の負電圧側すなわち逆バイアス側に着目すると、電圧−電流特性がほぼ揃い降伏電圧がほぼ揃った曲線群8aのほかに、より低い降伏電圧を持つ電圧−電流特性曲線8bが存在していることがわかる。これはシリコンウエハの不純物部分に対応し、これがショットキー接合特性を変化させ、特にその降伏電圧を低くしているものと考えられる。   The measurement position of the silicon wafer sample 2 of Example 1 was changed, and the voltage-current characteristics of the fine region were obtained in the same procedure as in Example 1 for another 100 nm square range. First, the voltage-current characteristic in the state which does not irradiate light was calculated | required. The result is shown in FIG. In FIG. 8, focusing on the negative voltage side of the voltage-current characteristic, that is, the reverse bias side, in addition to the curve group 8a in which the voltage-current characteristic is substantially uniform and the breakdown voltage is substantially uniform, the voltage-current characteristic having a lower breakdown voltage. It can be seen that the curve 8b exists. This corresponds to the impurity portion of the silicon wafer, which is considered to change the Schottky junction characteristics, and in particular to lower the breakdown voltage.

次に光源5のレーザーダイオードを用いて光照射を行なった状態で同じ測定点に対し同様の測定を行なった。その結果を図9に示す。図9では電圧−電流特性の曲線がほぼ一つの曲線群に収束し、それらの降伏電圧もほぼ揃っている。これは光照射によって試料2にキャリアが供給されたことにより、シリコンウエハの不純物部分だけでなく他の部分にもキャリアを有するようになり、その結果、降伏電圧がほぼ揃うようになったことを示している。   Next, the same measurement was performed on the same measurement point in a state where light was irradiated using the laser diode of the light source 5. The result is shown in FIG. In FIG. 9, the curve of the voltage-current characteristic converges to almost one curve group, and the breakdown voltages thereof are almost uniform. This is because the carrier is supplied not only to the impurity part of the silicon wafer but also to other parts as a result of the carrier being supplied to the sample 2 by light irradiation, and as a result, the breakdown voltage is almost uniform. Show.

このように、光を照射しない場合には見出されない試料2の物性の差異が、光を照射して光電流を測定することにより、明瞭な電圧−電流特性の差異として検出されることがわかる。   Thus, it can be seen that a difference in physical properties of the sample 2 that is not found when light is not irradiated is detected as a clear voltage-current characteristic difference by irradiating light and measuring the photocurrent. .

寸法が25mm×25mm×1mmのβ‐アルミナの試料2について、微細領域の光電流特性を測定した。高温試験台を用いて試料2の温度を400℃に高めたほかは、測定条件は実施例1と同じにした。ここで試料2の温度を400℃としたのは、図10に示したガラスおよび関連材料の電気伝導度の温度変化(作花済夫著「ガラス科学の基礎と応用」による)において、β‐アルミナの導電率σは400℃にて約10−1Ω−1・cm−1、従って抵抗率が約10Ω・cm(10−1Ω・m)になり、簡便に電流測定ができることに着目したものである。 With respect to β-alumina sample 2 having dimensions of 25 mm × 25 mm × 1 mm, the photocurrent characteristics in a fine region were measured. The measurement conditions were the same as in Example 1 except that the temperature of Sample 2 was increased to 400 ° C. using a high-temperature test stand. Here, the temperature of Sample 2 was set to 400 ° C. in the change in the electrical conductivity of glass and related materials shown in FIG. 10 (according to “Glass Science Fundamentals and Applications” written by Sakuhana Sakuo) The electrical conductivity σ of alumina was about 10 −1 Ω −1 · cm −1 at 400 ° C., and therefore the resistivity was about 10 Ω · cm (10 −1 Ω · m), so that the current could be measured easily. Is.

測定の結果を図11に示す。この図11においては一つの測定点の電圧電流曲線だけが逆バイアスのもとで低い降伏電圧を示している。各測定点のうち、この測定点だけが光照射によってキャリアの増加が顕著であり、降伏電圧の低下が生じたものと考えられる。こうして試料2の各測定点のうち、この測定点の位置が他の位置とは材料の物性が異なっていることを見出すことができた。   The measurement results are shown in FIG. In FIG. 11, only the voltage-current curve at one measurement point shows a low breakdown voltage under a reverse bias. Of these measurement points, it is considered that only this measurement point has a significant increase in carriers due to light irradiation, resulting in a decrease in breakdown voltage. Thus, it was found that among the measurement points of the sample 2, the position of the measurement point was different from the other positions in the material properties.

本発明により、試料に光照射を行なって微小領域の光電流を測定する方法を用いれば、従来の方法では明らかにできなかった微小領域の物性の評価が可能となつた。また試料が常温では良導体ではないもの、例えばガラスなどの材料に対しても、試料の温度を高めて導電性をを高めた状態で光照射を行なって微小領域の光電流を測定することにより、比較的簡便に物性評価ができる。このため、本発明の新しい物性評価手段は、材料分野をはじめ、多くの産業分野において幅広く利用されるようになるものと期待される。   According to the present invention, if a method of measuring the photocurrent of a micro area by irradiating a sample with light is used, it has become possible to evaluate the physical properties of the micro area which could not be clarified by a conventional method. In addition, even when the sample is not a good conductor at room temperature, for example, glass and other materials, by measuring the photocurrent in a minute region by irradiating light in a state where the temperature of the sample is increased and the conductivity is increased, The physical properties can be evaluated relatively easily. Therefore, the new physical property evaluation means of the present invention is expected to be widely used in many industrial fields including the material field.

本発明による光電流測定の構成の一実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one Embodiment of the structure of the photocurrent measurement by this invention. 本発明による光電流測定において試料に対し斜めの方向から光を照射する場合の一実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one Embodiment in the case of irradiating light from a diagonal direction with respect to a sample in the photocurrent measurement by this invention. 本発明において、光源として用いるレーザーダイオードの制御電流と発振出力との関係の一例を示した図である。In this invention, it is the figure which showed an example of the relationship between the control current and oscillation output of the laser diode used as a light source. 本発明における微小領域の物性評価に用いる装置における探針と試料との相対位置の制御を含めた構成の一実施形態について、その要部を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the principal part about one Embodiment of the structure including control of the relative position of the probe and a sample in the apparatus used for the physical property evaluation of the micro area | region in this invention. 光てこに用いられるフォトディテクターを光学フィルタで保護した場合の感度曲線の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the sensitivity curve at the time of protecting the photodetector used for an optical lever with an optical filter. 実施例1においてシリコンウエハに光を照射しない場合の10nmごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。In Example 1, it is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of the electric current with respect to the bias voltage of each point, moving a position for every 10 nm when not irradiating light to a silicon wafer. 実施例1においてシリコンウエハに光照射を行なった状態で10nmごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of the electric current with respect to the bias voltage of each point, moving a position every 10 nm in the state which irradiated the silicon wafer in Example 1. FIG. 実施例2においてシリコンウエハに光を照射しない場合の10nmごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。In Example 2, it is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of the electric current with respect to the bias voltage of each point, moving a position for every 10 nm when not irradiating light to a silicon wafer. 実施例2においてシリコンウエハに光照射を行なった状態で10nmごとに位置を移動し、各点のバイアス電圧に対する電流の関係を求めた結果を示した図である。In Example 2, it is the figure which showed the result of having calculated | required the relationship of the electric current with respect to the bias voltage of each point, moving a position every 10 nm in the state which irradiated the light to the silicon wafer. ガラスおよび関連材料の電気伝導度の温度変化を示した図である。It is the figure which showed the temperature change of the electrical conductivity of glass and related material. 実施例3においてβ‐アルミナの試料を高温試験台を用いて温度を400℃に高めた状態で微細領域の光電流特性を測定した結果を示した図である。In Example 3, it is the figure which showed the result of having measured the photocurrent characteristic of the micro area | region in the state which raised the temperature to 400 degreeC using the high temperature test stand for the sample of (beta) -alumina.

符号の説明Explanation of symbols

1…探針、2…試料、3…スキャナ、4…電圧制御部、5…光源、6…集光部、7…電流測定部、8…パーソナルコンピュータ、9…表示部、11…電流検出前置増幅部、12…電流増幅部、13…電流データ処理部、14…電流特性表示部、17…制御部、18…ピエゾ素子、19…表面形状表示部、20…粗動機構   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe, 2 ... Sample, 3 ... Scanner, 4 ... Voltage control part, 5 ... Light source, 6 ... Condensing part, 7 ... Current measurement part, 8 ... Personal computer, 9 ... Display part, 11 ... Before current detection Amplifying section, 12 ... Current amplifying section, 13 ... Current data processing section, 14 ... Current characteristic display section, 17 ... Control section, 18 ... Piezo element, 19 ... Surface shape display section, 20 ... Coarse motion mechanism

Claims (13)

走査型プローブ顕微鏡を使用した微小領域の物性評価方法であって、導電性を有する探針を試料の表面に接触させ、前記試料と前記探針との間にバイアス電圧を印加し、前記試料の表面の前記探針の先端が接触する位置またはその近傍に光を照射し、前記試料と前記探針との間に流れる電流を検出する各操作を備えていることを特徴とする微小領域の物性評価方法。   A method for evaluating the physical properties of a micro region using a scanning probe microscope, wherein a conductive probe is brought into contact with the surface of a sample, a bias voltage is applied between the sample and the probe, and Physical properties of a micro region characterized by comprising each operation of irradiating light at or near the position where the tip of the probe contacts on the surface and detecting a current flowing between the sample and the probe Evaluation methods. 前記光の波長、強度の少なくとも一方を変化させる操作を備えていることを特徴とする請求項1記載の微小領域の物性評価方法。   The physical property evaluation method for a micro region according to claim 1, further comprising an operation of changing at least one of a wavelength and an intensity of the light. 前記光としてレーザ光を用いることを特徴とする請求項1又は2記載の微小領域の物性評価方法。   3. The method for evaluating physical properties of a micro region according to claim 1, wherein a laser beam is used as the light. 前記試料に温度変化を与える操作を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の微小領域の物性評価方法。   The physical property evaluation method for a micro region according to any one of claims 1 to 3, further comprising an operation for giving a temperature change to the sample. 前記試料に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかの変化を加える操作を備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の微小領域の物性評価方法。   5. The physical property evaluation method for a micro region according to claim 1, further comprising an operation of applying at least one of a magnetic field, an electric field, and a sound field to the sample. 試料表面に光を照射しないときの試料と探針との間に流れる電流を検出し、これとの対比をする操作を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の電流検出による微小領域の物性評価方法。   6. The method according to claim 1, further comprising an operation of detecting a current flowing between the sample and the probe when the sample surface is not irradiated with light and comparing the detected current. For evaluating the physical properties of micro-regions by detecting the current of the current. 導電性を有する探針と、
前記探針の先端を前記試料の表面に当接させる当接手段と、
前記探針の先端を前記試料の表面に当接させながら前記探針の先端と前記試料との位置関係を相対的に移動させる移動手段と、
前記試料の表面の前記探針の先端が当接する位置またはその近傍に光を照射する光照射手段と、
試料と探針との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
試料と探針との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
A conductive probe;
A contact means for bringing the tip of the probe into contact with the surface of the sample;
Moving means for relatively moving the positional relationship between the tip of the probe and the sample while bringing the tip of the probe into contact with the surface of the sample;
A light irradiating means for irradiating light at or near the position where the tip of the probe contacts the surface of the sample;
Voltage applying means for applying a bias voltage between the sample and the probe;
Current detection means for detecting current flowing between the sample and the probe;
A scanning probe microscope comprising:
前記光照射手段は、試料に照射する光の波長および強度の少なくとも一方を変化させる変化手段を備えていることを特徴とする請求項7記載の走査型プローブ顕微鏡。   8. The scanning probe microscope according to claim 7, wherein the light irradiating means includes a changing means for changing at least one of a wavelength and an intensity of light irradiated on the sample. 前記照射手段は、レーザを光源とすることを特徴とする請求項7又は8記載の走査型プローブ顕微鏡。   9. The scanning probe microscope according to claim 7, wherein the irradiating means uses a laser as a light source. 前記探針は、光てこ方式により変位を検出するカンチレバーに結合されており、前記光てこ方式による探針の変位を検出する光検出器は、光てこの光を透過させ前記光照射手段からの光を遮断するフィルターにより保護されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。   The probe is coupled to a cantilever that detects displacement by an optical lever system, and a photodetector that detects the displacement of the probe by the optical lever system transmits light from the optical lever and emits light from the light irradiation means. The scanning probe microscope according to claim 7, wherein the scanning probe microscope is protected by a filter that blocks light. 前記試料に温度変化を与える温度変化手段を備えていることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to any one of claims 7 to 10, further comprising temperature changing means for giving a temperature change to the sample. 前記試料に磁場、電場、および音場の少なくともいずれかを印加する印加手段を備えていることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。   The scanning probe microscope according to claim 7, further comprising an application unit configured to apply at least one of a magnetic field, an electric field, and a sound field to the sample. 前記移動手段による前記探針と前記試料との相対位置を移動させたときの探針の変位量から前記試料の表面形状を求め表示する表面形状表示手段を備えていることを特徴とする請求項7〜12のいずれか1項記載の走査型プローブ顕微鏡。


The surface shape display means for obtaining and displaying the surface shape of the sample from the amount of displacement of the probe when the relative position between the probe and the sample is moved by the moving means. The scanning probe microscope according to any one of 7 to 12.


JP2004074221A 2004-03-16 2004-03-16 Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein Pending JP2005265435A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004074221A JP2005265435A (en) 2004-03-16 2004-03-16 Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004074221A JP2005265435A (en) 2004-03-16 2004-03-16 Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005265435A true JP2005265435A (en) 2005-09-29

Family

ID=35090168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004074221A Pending JP2005265435A (en) 2004-03-16 2004-03-16 Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005265435A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008145208A (en) * 2006-12-08 2008-06-26 Hitachi High-Technologies Corp Semiconductor inspection equipment
CN102654516A (en) * 2011-03-03 2012-09-05 精工电子纳米科技有限公司 Displacement detection mechanism and scanning probe mircoscope using the same
JP2015172597A (en) * 2015-06-02 2015-10-01 株式会社日立ハイテクサイエンス displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
CN106442432A (en) * 2016-09-13 2017-02-22 中国科学院理化技术研究所 Super-localized photocurrent scanning imaging system based on aperture type conductive probe
JP2017142129A (en) * 2016-02-09 2017-08-17 株式会社島津製作所 Sample surface shape and physical property measuring method, and scanning probe microscope

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008145208A (en) * 2006-12-08 2008-06-26 Hitachi High-Technologies Corp Semiconductor inspection equipment
CN102654516A (en) * 2011-03-03 2012-09-05 精工电子纳米科技有限公司 Displacement detection mechanism and scanning probe mircoscope using the same
JP2012184959A (en) * 2011-03-03 2012-09-27 Sii Nanotechnology Inc Displacement detection mechanism and scanning probe microscope having the same
US8869311B2 (en) 2011-03-03 2014-10-21 Sii Nanotechnology Inc. Displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
JP2015172597A (en) * 2015-06-02 2015-10-01 株式会社日立ハイテクサイエンス displacement detection mechanism and scanning probe microscope using the same
JP2017142129A (en) * 2016-02-09 2017-08-17 株式会社島津製作所 Sample surface shape and physical property measuring method, and scanning probe microscope
CN106442432A (en) * 2016-09-13 2017-02-22 中国科学院理化技术研究所 Super-localized photocurrent scanning imaging system based on aperture type conductive probe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6265711B1 (en) Scanning probe microscope assembly and method for making spectrophotometric near-field optical and scanning measurements
US7091476B2 (en) Scanning probe microscope assembly
Wächter et al. Tapered photoconductive terahertz field probe tip with subwavelength spatial resolution
US6396054B1 (en) Scanning probe microscope assembly and method for making confocal, spectrophotometric, near-field, and scanning probe measurements and associated images
US20190146045A1 (en) Method and apparatus for measuring magnetic field strength
JP6713067B2 (en) Charged particle beam monitor system
US8161568B2 (en) Self displacement sensing cantilever and scanning probe microscope
JPH0795046B2 (en) Absorption measuring device and method
US20050127926A1 (en) Method using conductive atomic force microscopy to measure contact leakage current
US20080258059A1 (en) Scanning Probe Microscope System
Iwaya et al. Externally-triggerable optical pump-probe scanning tunneling microscopy with a time resolution of tens-picosecond
JP2005265435A (en) Method for evaluating physical properties of minute region and scanning probe microscope used therein
US8296861B2 (en) Polarization-modulated tip enhanced optical microscope
JPH08313544A (en) Electron microscope and sample observation method using the same
Lin et al. Development of a cryogenic passive-scattering-type near-field optical microscopy system
JP3161116B2 (en) Micro gap width measuring apparatus and method
JP3520335B2 (en) Near-field light detection method and apparatus
KR100636011B1 (en) Fault detection device
KR101493836B1 (en) Microscopy Scanning Photocurrent and Photovoltage
KR101290060B1 (en) Electrical force microscope in liquid using insulator coated conducting cantilever
JP3143884B2 (en) Emission scanning tunneling microscope
US6198097B1 (en) Photocharge microscope
JP3766261B2 (en) Measuring method and measuring apparatus using scanning capacitance microscope
Novotny Near‐Field Optical Characterization of Nanocomposite Materials
Smykalla et al. Measuring 3D pyroelectric distributions with high resolution in thin films by a laser scanning microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20061227

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080729

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20080826

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081027

A521 Written amendment

Effective date: 20081112

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A521 Written amendment

Effective date: 20081027

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20090519

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091020