JP4693270B2 - 高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 - Google Patents
高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4693270B2 JP4693270B2 JP2001120034A JP2001120034A JP4693270B2 JP 4693270 B2 JP4693270 B2 JP 4693270B2 JP 2001120034 A JP2001120034 A JP 2001120034A JP 2001120034 A JP2001120034 A JP 2001120034A JP 4693270 B2 JP4693270 B2 JP 4693270B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- nonlinear dielectric
- dielectric constant
- order
- information
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電材料の永久分極の状態や結晶性を評価するものとして開発した走査型非線形誘電率顕微鏡の改良技術であって、超高分解能の走査型非線形誘電率顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは先に誘電・強誘電析料の線形・非線形誘電率分布の計測がおこなえる走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）を開発した。本顕微鏡は機械的応答、熱的応答である圧電・焦電応答などを使わずに、純電気的に分極分布や結晶の異方性を測定するものであって、分解能もサブナノメータオーダに達していることが確かめられており、極微小分極分布観察のための測定法の一つとして注目を集めている。また、当然ながら線形の誘電率や誘電損失も計測できる。
まず、この走査型非線形誘電率顕微鏡の動作原理について説明する。本顕微鏡の原理は本件発明者らが提案している印加交番電界による誘電率変化の動的測定法を基本にしたものであり、それは以下に述べるように残留分極を固定したまま、電束と電界の間の非線形性の次数を分離できる計測法である。
まず、比較的大きな振幅EP3＝Ｖp／dとゆっくりした角周波数ωpをもつ交番電界が非線形性をもった誘電体に印加され、そのため微分容量Cs（ｔ）が時間の関数として交番的に変化する状況を考える。ここでZ軸（3方向）を残留分極Ｐrの方向にとり簡単化のためこの方向のみの変化を考える。このような物質中で電束密度Ｄ3と電界Ｅ3の関係は非線形性まで考慮に入れて
Ｄ3＝Ｐr+ε(2)E3＋ε(3)E3 2 /2＋ε(4)E3 3 /6＋ε(5)E3 4 /24‥‥（1）
で与えられる。その展開係数ε(2)、ε(3)およびε(4)‥‥をここではそれぞれ二次（線形）、三次（最低次の非線形）および四次‥‥の誘電率と呼ぶことにする。それらは、２階、３階および４階‥‥のテンソル量である。なお、この一見奇妙な呼び名は電気的エンタルピーＨ2などのエネルギー関数を電界で展開したときの展開次数から定義されたものであり、通常Ｄ−Ｅ関係で定義される電界の次数より一次大きいことに注意されたい。
特に３階のテンソル量であるε(3)は圧電定数と同様に対称中心をもつ材料には存在せず、強誘電材料においては、残留分極Ａの向きを反転させるとそれに従って符号が変わる性質をもっている。少々正確さを欠くがこのことを図示したのが図１８であり、強誘電体のヒステリシス曲線において、Ｄ＝Ｐrの点ではＤ−Ｅ曲線は上に凸であり（二次曲線成分の係数は負）ε(3)＝−ε'(3)＜0、Ｄ＝−Ｐrの点では下に凸となりε(3)＝ε'(3)＞0（大きさは同じで逆符号）となる。また、未分極状態（原点）ではＤ−Ｅ曲線は点対称で二次曲線成分はなくなりε(3)＝0となる。さらに、一次の傾きである線形の誘電率は分極の反転によっては変化しないことも、この図からあわせて理解できる。
【０００３】
このような特性を持つ材料に外部から強制的に電界を印加し、その各点でのＤ−Ｅ曲線の傾きの変化すなわち微分容量の変化を計測することにより、非線形誘電率を計測するのである。具体的には、試料に外部から
Ep3＝EpＣＯＳωpｔ （2）
の交番電界を印加し、その試料の微分容量をω0の角周波数（ωp≪ω0）の微小高周波電界E 3で測定する。
E 3＝E 0ＣＯＳω0ｔ （3）
ただし、Ep ≫ E 0 の関係にある。ここで
E3＝Ep3＋E 3 （4）
を（1）式に代入し整理すると、微小高周波電界によって誘起される微小な電束密度Ｄ 3は以下のように与えられる。（ただし、下式ではω0に近い成分のみを抽出し2ω0などのω0からかけはなれた成分を無視している。）
Ｄ 3＝（ε(2)＋ε(3) Ep3＋ε(4)Ep3 2／２）E 3 （5）
上式は外部から強制的に印如した電界Ep3により、微分誘電率が変化することを表しており、そのため微分容量Ｃs（ｔ）は次式に従い変化する。
Ｃs（ｔ）＝Ｃs ０＋ΔＣs（ｔ） （6）
ここで、Ｃs ０ は零印加電界時の静電容量、ΔＣs（ｔ）は電界印加による静電容量の交番的変化分であり、これらの比は
で与えられる。
以上のことより、三次の誘電率に起因する容量変化は印加電界と同一周波数で変化し、その振幅は印加電界の振幅に比例し、四次の誘電率による容量変化は印加交番電界の２倍の周波数をもち、その振幅の自乗に比例する振幅をもつことがわかる。
【０００４】
次に、走査型非線形誘電率顕微鏡用プローブおよびシステムを説明する。
上記印加電界による容量変化（誘電率変化）の直流成分に対する比は大きくて10-3の大きさであり、通常は10-5〜10-8程度の微小な変化である。この変化を測定用基板上の任意の位置で測定できるプローブを本発明者らが開発した。開発したプローブには同軸共振器を用いた分布定数型とLC共振器を用いた集中定数型があるが、ここでは最近の高分解能型に対応した集中定数型について説明する。
図１６に走査型非線形誘電率顕微鏡用集中定数型プローブの概念図を示す。薄板状の誘電体試料（基板）の背面に電極（背面電極）を配置し、その表面側に円形のアース導体（リング）とその中心位置に探針を組み合わせたプローブを配置する。中心導体（探針）直下の試料の静電容量Ｃs（ｔ）と外付けのインタクタンスＬで構成された集中定数型の共振器の共振周波数に同調して発振器が発振する。リングと背面電極間に外部から角周波数ωp振幅Ｖpの電圧を印加すると、非線形効果のため静電容量が変化し発振周波数の交番的変化が起こる。同図中Ｃg（ｔ）は円形のアース導体（リング）直下の静電容量であり、Ｃg（ｔ）はＣs（ｔ）に比べて十分大きくとるので共振周波数に関しては無視でき、中心導体直下の微小な部分の情報（これを基に顕微鏡像が作られる。）が得られる。また図中のＣoは共振器や発信回路中に存在する浮遊容量である。ただし、上記説明は基板の厚さが探針の直径より小さい場合についてのみ正確であり、探針先端の直径が被測定基板の厚さより十分小さいときは（通常の試料はほとんどこの場合に該当する。）、探針直下への電界の集中のため基板表面近くの部分の容量変化が観測される。
因みに上記原理に従って作成した集中定数型プローブの発振周波数は１GHz〜2.2GHz程度であり、探針はＳＴＭなどに用いられるＷ針の作り方を参考にして本顕微鏡用の仕様に合わせて製作した。
次に、図１７に本顕微鏡システムのブロックダイアグラムを示す。プローブの発振器から出力される信号は非線形誘電率の大きさに対応してＦＭ変調されており、このＦＭ波を復調器によって復調し、それをロックイン検波することによって非線形誘電率の大きさに対応した出力信号が得られる。また試料台であるＸ−Ｙステージを動かすことにより、非線形誘電率の分布測定が行われるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、本発明者は走査型非線形誘電率顕微鏡を研究する過程で、前記(7)式により容量変化を測定すると、非線形誘電率の次数分離が可能であるということが分かった。即ち、印加電界と同じ周波数成分を検出すれば３次の非線形誘電率が、３倍の周波数成分を検出すれば５次の非線形誘電率を測定することができる。従来は、このε(3)の非線形誘電率を計測していたが、今回本発明者は２次上の奇数次項であるε(5)の非線形誘電率に注目した。尚、原理的には同じように式を展開して更に高次の非線形誘電率を測定することも可能である。１次上ではなく、２次上の奇数次項であるε(5)の非線形誘電率に注目したのは、ε(4)のような偶数次の非線形誘電率は残留分極の正逆方向について区別がないためである。そして、この非線形誘電率は高次となるほど、プローブである探針直下の集中度が高くなるとの知見を得た。
本発明の課題は、この知見に基き従来の非線形誘電率顕微鏡よりも分解能において優れた新たな非線形誘電率顕微鏡を開発し、提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡は、試料表面に接触させる探針と試料背面間に印加された低周波の交番電界によって変化する容量を測定するときに、従来の３次の非線形誘電率では無く、５次といったそれより高い奇数次の非線形誘電率を分離測定すると共に、針先半径の値がより小さい探針を使用することによって、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることが出来るように構成した。具体的には試料表面に先端が接触する探針と該探針近傍の適宜の面積を有する電極と外付けのインダクタンスコイルＬと発振器とからなるプローブと、前記電極と前記外付けコイルＬを介して接続されている探針及び試料背面の電極間に低周波の交番電圧を印加する手段と、前記発振器のＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器と、該ＦＭ復調器の出力信号を受けるロックインアンプリファイアとからなり、前記プローブは探針直下の静電容量と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調され、それをＦＭ復調器で復調し、ロックインアンプで交番印加電圧の整数倍の周波数で同期検波することにより試料の３次を越える高次の非線形誘電率の大きさに対応した信号を得るようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１にこの容量変化の分布を高分解能に検出する走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）の具体的な概念を示す。SNDMのプローブは探針１、外付けのインタクタンスＬ、探針１の針先を中心とするをリング（アース導体）２、発振器３からできている。このプローブは探針直下の静電容量Ｃｓ０と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調される。それをＦＭ復調器４で復調し、ロックインアンプ５で交番印加電界と同期検波することにより試料の非線形誘電率の大きさに対応した信号を得ている。ここで、この同期検波を行う際に印加電界と同一周波数又はその整数倍周波数の内どの周波数成分を検波するかによって測定する非線形誘電率の次数を選ぶことができる。
【０００８】
図２に測定試料の比誘電率が300の場合の探針直下の電界の１，２及び４乗分布を示す。探針は勿論同じものを使用した場合である。図２中ａは探針先端半径を示し、非常に緩やかなカーブを持つ円弧は探針先端の形状を表している。これより、ε（2）像（線形誘電率像）の分解能を決定する電界の１乗分布は、半径0.005ａ程度の領域に局在していることがわかる。更にε(3)像（３次の非線形誘電率像）、ε(5)像（５次の非線形誘電率像）の分解能を、それぞれ決める探針直下の電界の２乗及び４乗分布の図を見ると分かるようにそれらは次数が上がれば上がる程狭い領域に集中してくる。集中度が高いということはその部分の容量変化のみを検出していることであり、それを基にした二次元走査画像は、結果的により浅い表面層部分を高分解能で観察したものとなる。また、ε(3)の計測では静電容量に対する検出感度が探針半径ａに比例し、印加電界の強度がａに逆比例する為検出感度は探針半径に依存しなかったが、ε(5)の計測では印加電界の３乗（1／a3）に比例する為検出感度は1／a2に逆比例し、細い探針を用いる方が感度が上がるという特徴がある。非線形誘電率情報は高次となるに従い信号レベルは低くなるのであるが、それ以上に細い探針を用いることによる感度上昇が勝るのでノイズに埋もれてしまわない範囲では信号レベルの低下は問題にならない。
誘電体に電界を印加した時の非線形誘電率に起因する容量変化の一般的定理を用いると、試料の容量変化と非線形誘電率の関係を求めることができる。ここで、△Ｃ及び△Ｃ'をそれぞれ３次及び５次の非線形誘電率に起因する容量変化、Ｖを探針印加電圧とすると、
【数１】
と表せる。ここで、Ｓnl，Ｓ'nlはSNDMの感度係数であり、容量変化感受率と呼ばれる次式で与えられる。
【数２】
上式中Ｘ，Ｙ，Ｚは針先半径ａで規格化した座標であり、Ｅ x，Ｅ y，Ｅ zはその座標で表した単位印加電位当りの電界である。これより、Ｓnlは比誘電率のみの関数で針先半径ａについて独立であり、ε(3)の非線形誘電率測定の場合には信号強度は針先半径ａには依存せず、分解能を上げようとして針先半径ａを小さくしても感度が変わることがないということが分かる。更にε(5)の非線形誘電率計測の場合は１／ａ2がかかるため、針先半径ａが小さくなるほど信号強度が大きくなり、高分解能化に対してより有利であることが分かる。
なお、ここではε(2)像（線形誘電率像）、ε(3)像（３次の非線形誘電率像）、ε(5)像（５次の非線形誘電率像）について述べたが、ε(4)像，ε(6)像‥‥‥‥等の偶数次非線形誘電率計測についても、分極方向の判別機能が無いだけで現象的には同様のことがいえる。
【０００９】
次にこのＳnl及びＳ'nlを用いて、針先半径ａの探針で試料面Ｙ軸方向に走査を実行するという図３のようなモデルでSNDMの一次元分解能の計算を行った。その結果を図４に示す。縦軸には信号強度をとり、横軸は針先半径ａで規格したＹ座標である。比誘電率30の図４（a）と比誘電率300の図４（b）との比較により、試料の比誘電率が大きくなると、一次元分解能が上がることが分かる。因みに、誘電率300の場合、ε(3）の非線形誘電率計測の一次元分解能は針先半径ａの約0.03倍、又ε(5）の非線形誘電率の一次元分解能は約0.005倍であることが分かる。つまり、高次の非線形誘電率測定は、低次の測定の場合よりもかなり高分解能であることが予想される。
【００１０】
次に、図５に示すような試料表面に針先半径Ａの探針を接触させた時のSNDMの深さ方向感度モデルを想定し、その計算結果を図６（a），（b）に示す。縦軸には信号強度をとり、横軸は針先半径ａで規格化した深さＨ（＝ｈ／ａ）をとってある。つまりSNDMは、縦軸の信号強度が１になる深さの領域まで感度があり、比誘電率30の図６（a）と比誘電率300の図６（b）との比較から、比誘電率が大きくなるほどより試料の表面に近い層の情報を得ていることが分かる。更に高次の非線形誘電率計測の場合は、最低次と比べてより表面近傍の情報を得ていることもグラフから明らかである。概念的には、図７に示すように計測する非線形誘電率の次数によってSNDMの深さ方向感度が大きく異なるため、計測される分極像も大きく変わる場合があることが予想される。
以上の事柄から、本発明は従来の３次の非線形誘電率では無く、５次といったそれより高い奇数次の非線形誘電率を測定すると共に、針先半径ａの値がより小さい探針を使用することで、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることが出来るSNDMを実現するものである。
【００１１】
[実験データ１]
次に実際に高次の非線形誘電率像の計測を行い、同じ場所の最低次の非線形誘電率像と比較検討してみた。このデータは１回の走査によって得たＦＭ復調信号から、異なる周波数の参照信号によって分離抽出できるので、同一走査部分を印加電界など全く同一条件下での比較データが取得できる。図８は針先半径ａが１μｍの探針でBaTiO3のｃ-ｃドメイン境界を計測した結果をグラフで示したものである。実験的にも境界部での信号勾配から(a)に示したε(3）の像よりも(b)に示したε(5）の像の方が高分解能であることが分かる。
[実験データ２]
次に針先半径25ｎｍの導電性カンチレバー（原子間力顕微鏡に使用されるプローブの形態）を用いて図８のときとは異なるBaTiO3試料の表面を測定した。その結果を図９に示す。ε(3)の非線形誘電率像とε(5)の非線形誘電率像は、分極が対応している場所もあるが、そうでないところも存在した。この実験は、特に小さな針先半径の探針を用いた為、ε(5)の非線形誘電率像計測の場合、試料の極々表面層のみを見ており表面の状態を高感度に検出しているため、より広い領域のデータであるε(3)の非線形誘電率像とは相違していると考えられる。また、ε(5)の非線形誘電率像で信号強度が０になっている部分（図中破線で囲った領域）は、表面にあるａドメインもしくは常誘電層を感度よく検出しているものと思われる。因みにε(3)の非線形誘電率像はこの部分でも若干の出力信号が存在しており、これは表面下の層の検出信号が混在しているものと解される。
[実験データ３]
図１０は、図９と同様にプローブ探針に針先半径25ｎｍ導電性のカンチレバーを用いて測定したＰＺＴ薄膜の２次元像である。図１０の（a）がε(3）の非線形誘電率像であり、図１０の（b）がε(5）の非線形誘電率像である。この顕微鏡像の比較からもε(3）非線形誘電率像よりε(5）非線形誘電率像の方がより細かい情報が画像化されており２次元領域的に高分解能であると共により浅い表面層を観測していることが確認できる。
【００１２】
[実験データ４]
次に、針先半径25ｎｍカンチレバーを用いて周期反転LiNbO3（PPLN）の表面層の時間変化を測定したものについて報告する。図１１の(ａ),(ｂ)は空気中に長時間放置されたPPLNのドメイン境界での像である。ε(3）の測定（図１１の(ａ)）では明らかにｃ−ｃドメイン境界が見えるが、ε(5）（図１１の(ｂ)）では見えていない。そこでこの試料を表面研磨して測定したところ、図１２の(ａ),(ｂ)の顕微鏡像が得られた。この画像から明らかなように研磨直後のドメイン境界の像がくっきりと現われ、ε(5)（図１２の(ｂ)）でも明瞭である。この結果を図１３にε(3)の信号を実線で、ε(5)の信号を破線でグラフ表示した。図の(ａ)は研磨前のデータであり、(ｂ)は研磨直後のデータである。研磨前のε(5)の信号からはドメイン境界情報が読取れないことがグラフ上からも明らかである。さらに研磨後１０時間を経た時点で改めて同じ領域の顕微鏡像を得た。それが図１４の(ａ),(ｂ)であり、該検出信号をε(3)の信号を実線で、ε(5)の信号を破線でグラフ表示したものが図１５である。図１４の(ｂ)から明らかなようにε(5)の測定でまたドメイン境界を見ることができなくなっている。
以上の結果を踏まえて考察すると、まず、ε(5)の測定ではε(3)の測定に比べてかなり浅い領域に限定された情報を得ているはずである。研磨前の試料に対し比較的深い層までの情報を含んでいるε(3)の測定では観測できるドメイン境界が極表面部分の情報のみを示すε(5)の測定では消えているということは、LiNbO3表面に非常に薄い常誘電層が形成されており、それをε(5)の測定で検出していることを示している。そして、比較的深い層までの情報を含んでいるε(3)の測定ではドメイン境界が観測できるということから、その層は極めて薄いものであること、また、このLiNbO3表面の常誘電層は研磨後１０時間という短い期間で形成されることが判る。ちなみに、この実験で用いた試料LiNbO3の線形の比誘電率は約３０であって、針先半径が25ｎｍの探針を使用するものとした場合、図６の(a)の特性図から割り出すと、ε(3)の測定では５ｎｍ、ε(5)の測定では1.25ｎｍの深さまでを計測していることになる。すなわち、ε(5)の測定では表面から１〜数格子分の深さまでの情報のみを得ることができるということになる。
以上のように、本発明における高次非線形誘電率計測は探針半径を変えることなく、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の整数倍のいずれかに設定するのみで分解能や深さ方向感度を任意に変えることができる。特に次数が高くなる程高分解能となり、又、この高次非線形誘電率測定は試料の表面層観察に非常に有効であることが理解されよう。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、試料表面に接触させる探針と試料背面間に印加された低周波の交番電界によって変化する容量を測定する走査型非線形誘電率顕微鏡において、４次以上の高い次数の非線形誘電率を分離測定することにより、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることができるものである。更に、針先半径の値がより小さい探針を使用することによって、相乗的に平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることができる。そして分離測定する非線形誘電率を５次以上の奇数次とすることにより、分極状態を測定出来る画像を得ることが出来る。また、本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡は、試料表面に先端が接触する探針と該探針先端を中心とする電極と外付けのインダクタンスコイルＬと発振器とからなるプローブと、前記電極と前記外付けコイルＬを介して接続されている探針並びに試料背面の電極間に低周波の交番電圧を印加する手段と、前記発振器のＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器と、該ＦＭ復調器の出力信号を受けるロックインアンプリファイアとからなり、前記プローブは探針直下の静電容量と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調され、それをＦＭ復調器で復調し、ロックインアンプで交番印加電圧の整数倍の周波数で同期検波することにより試料の高次の非線形誘電率の大きさに対応した信号を容易に精度よく得ることができる。より深い層までの情報を含む低次の非線形誘電率測定情報から、より浅い層のみの情報を含む高次の非線形誘電率測定情報を引くことにより、より浅い層以下のより深い層までの情報を割り出す本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた層解析方法は、高次の非線形誘電率測定情報には含まれていない層の情報を低次の非線形誘電率測定の元情報より精度のよい情報として抽出することができる。更には、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の異なる整数倍に設定することによって、分解能や深さ方向感度の異なる複数の情報を得るとともに、複数の異なる針先半径の探針を用いた測定情報を得て、これらを綜合するものであるから、より高精度の測定情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高次非線形誘電率顕微鏡の原理を説明する図である。
【図２】測定試料の比誘電率が300の場合の探針直下の電界の１，２，４乗分布を示す図である。
【図３】ＳＮＤＭの一次元分解能計算モデル。
【図４】ＳＮＤＭの一次元分解能計算結果を示すグラフである。
【図５】ＳＮＤＭの深さ方向感度計算結果モデル。
【図６】ＳＮＤＭの深さ方向感度計算結果を示すグラフである。
【図７】各非線形誘電率測定で見える深さを示す図である。
【図８】ＢａＴｉＯ３のｃ−ｃドメイン境界部の測定結果を示すグラフである。
【図９】広範囲でのＢａＴｉＯ３の一次現像。
【図１０】ＰＺＴ薄膜の非線形誘電率像。
【図１１】研磨前のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１２】研磨直後のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１３】ＰＰＬＮのドメイン境界部の一次現像。
【図１４】研磨後10時間のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１５】研磨後10時間のＰＰＬＮのドメイン境界部の一次元像。
【図１６】本発明の基礎となるＳＮＤＭ用の集中定数型プローブを示す図である。
【図１７】本発明の基礎となる走査型非線形誘電率顕微鏡システムを示す図である。
【図１８】強誘電体のヒステリシス曲線と非線形誘電率を説明する図である。
【符号の説明】
１ 探針 ４ ＦＭ復調器
２ 試料（高誘電率物質） ５ ロックインアンプリファイア
３ 発振器
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電材料の永久分極の状態や結晶性を評価するものとして開発した走査型非線形誘電率顕微鏡の改良技術であって、超高分解能の走査型非線形誘電率顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは先に誘電・強誘電析料の線形・非線形誘電率分布の計測がおこなえる走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）を開発した。本顕微鏡は機械的応答、熱的応答である圧電・焦電応答などを使わずに、純電気的に分極分布や結晶の異方性を測定するものであって、分解能もサブナノメータオーダに達していることが確かめられており、極微小分極分布観察のための測定法の一つとして注目を集めている。また、当然ながら線形の誘電率や誘電損失も計測できる。
まず、この走査型非線形誘電率顕微鏡の動作原理について説明する。本顕微鏡の原理は本件発明者らが提案している印加交番電界による誘電率変化の動的測定法を基本にしたものであり、それは以下に述べるように残留分極を固定したまま、電束と電界の間の非線形性の次数を分離できる計測法である。
まず、比較的大きな振幅EP3＝Ｖp／dとゆっくりした角周波数ωpをもつ交番電界が非線形性をもった誘電体に印加され、そのため微分容量Cs（ｔ）が時間の関数として交番的に変化する状況を考える。ここでZ軸（3方向）を残留分極Ｐrの方向にとり簡単化のためこの方向のみの変化を考える。このような物質中で電束密度Ｄ3と電界Ｅ3の関係は非線形性まで考慮に入れて
Ｄ3＝Ｐr+ε(2)E3＋ε(3)E3 2 /2＋ε(4)E3 3 /6＋ε(5)E3 4 /24‥‥（1）
で与えられる。その展開係数ε(2)、ε(3)およびε(4)‥‥をここではそれぞれ二次（線形）、三次（最低次の非線形）および四次‥‥の誘電率と呼ぶことにする。それらは、２階、３階および４階‥‥のテンソル量である。なお、この一見奇妙な呼び名は電気的エンタルピーＨ2などのエネルギー関数を電界で展開したときの展開次数から定義されたものであり、通常Ｄ−Ｅ関係で定義される電界の次数より一次大きいことに注意されたい。
特に３階のテンソル量であるε(3)は圧電定数と同様に対称中心をもつ材料には存在せず、強誘電材料においては、残留分極Ａの向きを反転させるとそれに従って符号が変わる性質をもっている。少々正確さを欠くがこのことを図示したのが図１８であり、強誘電体のヒステリシス曲線において、Ｄ＝Ｐrの点ではＤ−Ｅ曲線は上に凸であり（二次曲線成分の係数は負）ε(3)＝−ε'(3)＜0、Ｄ＝−Ｐrの点では下に凸となりε(3)＝ε'(3)＞0（大きさは同じで逆符号）となる。また、未分極状態（原点）ではＤ−Ｅ曲線は点対称で二次曲線成分はなくなりε(3)＝0となる。さらに、一次の傾きである線形の誘電率は分極の反転によっては変化しないことも、この図からあわせて理解できる。
【０００３】
このような特性を持つ材料に外部から強制的に電界を印加し、その各点でのＤ−Ｅ曲線の傾きの変化すなわち微分容量の変化を計測することにより、非線形誘電率を計測するのである。具体的には、試料に外部から
Ep3＝EpＣＯＳωpｔ （2）
の交番電界を印加し、その試料の微分容量をω0の角周波数（ωp≪ω0）の微小高周波電界E 3で測定する。
E 3＝E 0ＣＯＳω0ｔ （3）
ただし、Ep ≫ E 0 の関係にある。ここで
E3＝Ep3＋E 3 （4）
を（1）式に代入し整理すると、微小高周波電界によって誘起される微小な電束密度Ｄ 3は以下のように与えられる。（ただし、下式ではω0に近い成分のみを抽出し2ω0などのω0からかけはなれた成分を無視している。）
Ｄ 3＝（ε(2)＋ε(3) Ep3＋ε(4)Ep3 2／２）E 3 （5）
上式は外部から強制的に印如した電界Ep3により、微分誘電率が変化することを表しており、そのため微分容量Ｃs（ｔ）は次式に従い変化する。
Ｃs（ｔ）＝Ｃs ０＋ΔＣs（ｔ） （6）
ここで、Ｃs ０ は零印加電界時の静電容量、ΔＣs（ｔ）は電界印加による静電容量の交番的変化分であり、これらの比は
以上のことより、三次の誘電率に起因する容量変化は印加電界と同一周波数で変化し、その振幅は印加電界の振幅に比例し、四次の誘電率による容量変化は印加交番電界の２倍の周波数をもち、その振幅の自乗に比例する振幅をもつことがわかる。
【０００４】
次に、走査型非線形誘電率顕微鏡用プローブおよびシステムを説明する。
上記印加電界による容量変化（誘電率変化）の直流成分に対する比は大きくて10-3の大きさであり、通常は10-5〜10-8程度の微小な変化である。この変化を測定用基板上の任意の位置で測定できるプローブを本発明者らが開発した。開発したプローブには同軸共振器を用いた分布定数型とLC共振器を用いた集中定数型があるが、ここでは最近の高分解能型に対応した集中定数型について説明する。
図１６に走査型非線形誘電率顕微鏡用集中定数型プローブの概念図を示す。薄板状の誘電体試料（基板）の背面に電極（背面電極）を配置し、その表面側に円形のアース導体（リング）とその中心位置に探針を組み合わせたプローブを配置する。中心導体（探針）直下の試料の静電容量Ｃs（ｔ）と外付けのインタクタンスＬで構成された集中定数型の共振器の共振周波数に同調して発振器が発振する。リングと背面電極間に外部から角周波数ωp振幅Ｖpの電圧を印加すると、非線形効果のため静電容量が変化し発振周波数の交番的変化が起こる。同図中Ｃg（ｔ）は円形のアース導体（リング）直下の静電容量であり、Ｃg（ｔ）はＣs（ｔ）に比べて十分大きくとるので共振周波数に関しては無視でき、中心導体直下の微小な部分の情報（これを基に顕微鏡像が作られる。）が得られる。また図中のＣoは共振器や発信回路中に存在する浮遊容量である。ただし、上記説明は基板の厚さが探針の直径より小さい場合についてのみ正確であり、探針先端の直径が被測定基板の厚さより十分小さいときは（通常の試料はほとんどこの場合に該当する。）、探針直下への電界の集中のため基板表面近くの部分の容量変化が観測される。
因みに上記原理に従って作成した集中定数型プローブの発振周波数は１GHz〜2.2GHz程度であり、探針はＳＴＭなどに用いられるＷ針の作り方を参考にして本顕微鏡用の仕様に合わせて製作した。
次に、図１７に本顕微鏡システムのブロックダイアグラムを示す。プローブの発振器から出力される信号は非線形誘電率の大きさに対応してＦＭ変調されており、このＦＭ波を復調器によって復調し、それをロックイン検波することによって非線形誘電率の大きさに対応した出力信号が得られる。また試料台であるＸ−Ｙステージを動かすことにより、非線形誘電率の分布測定が行われるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、本発明者は走査型非線形誘電率顕微鏡を研究する過程で、前記(7)式により容量変化を測定すると、非線形誘電率の次数分離が可能であるということが分かった。即ち、印加電界と同じ周波数成分を検出すれば３次の非線形誘電率が、３倍の周波数成分を検出すれば５次の非線形誘電率を測定することができる。従来は、このε(3)の非線形誘電率を計測していたが、今回本発明者は２次上の奇数次項であるε(5)の非線形誘電率に注目した。尚、原理的には同じように式を展開して更に高次の非線形誘電率を測定することも可能である。１次上ではなく、２次上の奇数次項であるε(5)の非線形誘電率に注目したのは、ε(4)のような偶数次の非線形誘電率は残留分極の正逆方向について区別がないためである。そして、この非線形誘電率は高次となるほど、プローブである探針直下の集中度が高くなるとの知見を得た。
本発明の課題は、この知見に基き従来の非線形誘電率顕微鏡よりも分解能において優れた新たな非線形誘電率顕微鏡を開発し、提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡は、試料表面に接触させる探針と試料背面間に印加された低周波の交番電界によって変化する容量を測定するときに、従来の３次の非線形誘電率では無く、５次といったそれより高い奇数次の非線形誘電率を分離測定すると共に、針先半径の値がより小さい探針を使用することによって、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることが出来るように構成した。具体的には試料表面に先端が接触する探針と該探針近傍の適宜の面積を有する電極と外付けのインダクタンスコイルＬと発振器とからなるプローブと、前記電極と前記外付けコイルＬを介して接続されている探針及び試料背面の電極間に低周波の交番電圧を印加する手段と、前記発振器のＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器と、該ＦＭ復調器の出力信号を受けるロックインアンプリファイアとからなり、前記プローブは探針直下の静電容量と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調され、それをＦＭ復調器で復調し、ロックインアンプで交番印加電圧の整数倍の周波数で同期検波することにより試料の３次を越える高次の非線形誘電率の大きさに対応した信号を得るようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１にこの容量変化の分布を高分解能に検出する走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）の具体的な概念を示す。SNDMのプローブは探針１、外付けのインタクタンスＬ、探針１の針先を中心とするをリング（アース導体）２、発振器３からできている。このプローブは探針直下の静電容量Ｃｓ０と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調される。それをＦＭ復調器４で復調し、ロックインアンプ５で交番印加電界と同期検波することにより試料の非線形誘電率の大きさに対応した信号を得ている。ここで、この同期検波を行う際に印加電界と同一周波数又はその整数倍周波数の内どの周波数成分を検波するかによって測定する非線形誘電率の次数を選ぶことができる。
【０００８】
図２に測定試料の比誘電率が300の場合の探針直下の電界の１，２及び４乗分布を示す。探針は勿論同じものを使用した場合である。図２中ａは探針先端半径を示し、非常に緩やかなカーブを持つ円弧は探針先端の形状を表している。これより、ε（2）像（線形誘電率像）の分解能を決定する電界の１乗分布は、半径0.005ａ程度の領域に局在していることがわかる。更にε(3)像（３次の非線形誘電率像）、ε(5)像（５次の非線形誘電率像）の分解能を、それぞれ決める探針直下の電界の２乗及び４乗分布の図を見ると分かるようにそれらは次数が上がれば上がる程狭い領域に集中してくる。集中度が高いということはその部分の容量変化のみを検出していることであり、それを基にした二次元走査画像は、結果的により浅い表面層部分を高分解能で観察したものとなる。また、ε(3)の計測では静電容量に対する検出感度が探針半径ａに比例し、印加電界の強度がａに逆比例する為検出感度は探針半径に依存しなかったが、ε(5)の計測では印加電界の３乗（1／a3）に比例する為検出感度は1／a2に逆比例し、細い探針を用いる方が感度が上がるという特徴がある。非線形誘電率情報は高次となるに従い信号レベルは低くなるのであるが、それ以上に細い探針を用いることによる感度上昇が勝るのでノイズに埋もれてしまわない範囲では信号レベルの低下は問題にならない。
誘電体に電界を印加した時の非線形誘電率に起因する容量変化の一般的定理を用いると、試料の容量変化と非線形誘電率の関係を求めることができる。ここで、△Ｃ及び△Ｃ'をそれぞれ３次及び５次の非線形誘電率に起因する容量変化、Ｖを探針印加電圧とすると、
【数１】
【数２】
なお、ここではε(2)像（線形誘電率像）、ε(3)像（３次の非線形誘電率像）、ε(5)像（５次の非線形誘電率像）について述べたが、ε(4)像，ε(6)像‥‥‥‥等の偶数次非線形誘電率計測についても、分極方向の判別機能が無いだけで現象的には同様のことがいえる。
【０００９】
次にこのＳnl及びＳ'nlを用いて、針先半径ａの探針で試料面Ｙ軸方向に走査を実行するという図３のようなモデルでSNDMの一次元分解能の計算を行った。その結果を図４に示す。縦軸には信号強度をとり、横軸は針先半径ａで規格したＹ座標である。比誘電率30の図４（a）と比誘電率300の図４（b）との比較により、試料の比誘電率が大きくなると、一次元分解能が上がることが分かる。因みに、誘電率300の場合、ε(3）の非線形誘電率計測の一次元分解能は針先半径ａの約0.03倍、又ε(5）の非線形誘電率の一次元分解能は約0.005倍であることが分かる。つまり、高次の非線形誘電率測定は、低次の測定の場合よりもかなり高分解能であることが予想される。
【００１０】
次に、図５に示すような試料表面に針先半径Ａの探針を接触させた時のSNDMの深さ方向感度モデルを想定し、その計算結果を図６（a），（b）に示す。縦軸には信号強度をとり、横軸は針先半径ａで規格化した深さＨ（＝ｈ／ａ）をとってある。つまりSNDMは、縦軸の信号強度が１になる深さの領域まで感度があり、比誘電率30の図６（a）と比誘電率300の図６（b）との比較から、比誘電率が大きくなるほどより試料の表面に近い層の情報を得ていることが分かる。更に高次の非線形誘電率計測の場合は、最低次と比べてより表面近傍の情報を得ていることもグラフから明らかである。概念的には、図７に示すように計測する非線形誘電率の次数によってSNDMの深さ方向感度が大きく異なるため、計測される分極像も大きく変わる場合があることが予想される。
以上の事柄から、本発明は従来の３次の非線形誘電率では無く、５次といったそれより高い奇数次の非線形誘電率を測定すると共に、針先半径ａの値がより小さい探針を使用することで、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることが出来るSNDMを実現するものである。
【００１１】
[実験データ１]
次に実際に高次の非線形誘電率像の計測を行い、同じ場所の最低次の非線形誘電率像と比較検討してみた。このデータは１回の走査によって得たＦＭ復調信号から、異なる周波数の参照信号によって分離抽出できるので、同一走査部分を印加電界など全く同一条件下での比較データが取得できる。図８は針先半径ａが１μｍの探針でBaTiO3のｃ-ｃドメイン境界を計測した結果をグラフで示したものである。実験的にも境界部での信号勾配から(a)に示したε(3）の像よりも(b)に示したε(5）の像の方が高分解能であることが分かる。
[実験データ２]
次に針先半径25ｎｍの導電性カンチレバー（原子間力顕微鏡に使用されるプローブの形態）を用いて図８のときとは異なるBaTiO3試料の表面を測定した。その結果を図９に示す。ε(3)の非線形誘電率像とε(5)の非線形誘電率像は、分極が対応している場所もあるが、そうでないところも存在した。この実験は、特に小さな針先半径の探針を用いた為、ε(5)の非線形誘電率像計測の場合、試料の極々表面層のみを見ており表面の状態を高感度に検出しているため、より広い領域のデータであるε(3)の非線形誘電率像とは相違していると考えられる。また、ε(5)の非線形誘電率像で信号強度が０になっている部分（図中破線で囲った領域）は、表面にあるａドメインもしくは常誘電層を感度よく検出しているものと思われる。因みにε(3)の非線形誘電率像はこの部分でも若干の出力信号が存在しており、これは表面下の層の検出信号が混在しているものと解される。
[実験データ３]
図１０は、図９と同様にプローブ探針に針先半径25ｎｍ導電性のカンチレバーを用いて測定したＰＺＴ薄膜の２次元像である。図１０の（a）がε(3）の非線形誘電率像であり、図１０の（b）がε(5）の非線形誘電率像である。この顕微鏡像の比較からもε(3）非線形誘電率像よりε(5）非線形誘電率像の方がより細かい情報が画像化されており２次元領域的に高分解能であると共により浅い表面層を観測していることが確認できる。
【００１２】
[実験データ４]
次に、針先半径25ｎｍカンチレバーを用いて周期反転LiNbO3（PPLN）の表面層の時間変化を測定したものについて報告する。図１１の(ａ),(ｂ)は空気中に長時間放置されたPPLNのドメイン境界での像である。ε(3）の測定（図１１の(ａ)）では明らかにｃ−ｃドメイン境界が見えるが、ε(5）（図１１の(ｂ)）では見えていない。そこでこの試料を表面研磨して測定したところ、図１２の(ａ),(ｂ)の顕微鏡像が得られた。この画像から明らかなように研磨直後のドメイン境界の像がくっきりと現われ、ε(5)（図１２の(ｂ)）でも明瞭である。この結果を図１３にε(3)の信号を実線で、ε(5)の信号を破線でグラフ表示した。図の(ａ)は研磨前のデータであり、(ｂ)は研磨直後のデータである。研磨前のε(5)の信号からはドメイン境界情報が読取れないことがグラフ上からも明らかである。さらに研磨後１０時間を経た時点で改めて同じ領域の顕微鏡像を得た。それが図１４の(ａ),(ｂ)であり、該検出信号をε(3)の信号を実線で、ε(5)の信号を破線でグラフ表示したものが図１５である。図１４の(ｂ)から明らかなようにε(5)の測定でまたドメイン境界を見ることができなくなっている。
以上の結果を踏まえて考察すると、まず、ε(5)の測定ではε(3)の測定に比べてかなり浅い領域に限定された情報を得ているはずである。研磨前の試料に対し比較的深い層までの情報を含んでいるε(3)の測定では観測できるドメイン境界が極表面部分の情報のみを示すε(5)の測定では消えているということは、LiNbO3表面に非常に薄い常誘電層が形成されており、それをε(5)の測定で検出していることを示している。そして、比較的深い層までの情報を含んでいるε(3)の測定ではドメイン境界が観測できるということから、その層は極めて薄いものであること、また、このLiNbO3表面の常誘電層は研磨後１０時間という短い期間で形成されることが判る。ちなみに、この実験で用いた試料LiNbO3の線形の比誘電率は約３０であって、針先半径が25ｎｍの探針を使用するものとした場合、図６の(a)の特性図から割り出すと、ε(3)の測定では５ｎｍ、ε(5)の測定では1.25ｎｍの深さまでを計測していることになる。すなわち、ε(5)の測定では表面から１〜数格子分の深さまでの情報のみを得ることができるということになる。
以上のように、本発明における高次非線形誘電率計測は探針半径を変えることなく、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の整数倍のいずれかに設定するのみで分解能や深さ方向感度を任意に変えることができる。特に次数が高くなる程高分解能となり、又、この高次非線形誘電率測定は試料の表面層観察に非常に有効であることが理解されよう。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、試料表面に接触させる探針と試料背面間に印加された低周波の交番電界によって変化する容量を測定する走査型非線形誘電率顕微鏡において、４次以上の高い次数の非線形誘電率を分離測定することにより、平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることができるものである。更に、針先半径の値がより小さい探針を使用することによって、相乗的に平面領域的にも深さ領域的にも狭い領域の情報を検出し、高分解能の画像を得ることができる。そして分離測定する非線形誘電率を５次以上の奇数次とすることにより、分極状態を測定出来る画像を得ることが出来る。また、本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡は、試料表面に先端が接触する探針と該探針先端を中心とする電極と外付けのインダクタンスコイルＬと発振器とからなるプローブと、前記電極と前記外付けコイルＬを介して接続されている探針並びに試料背面の電極間に低周波の交番電圧を印加する手段と、前記発振器のＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器と、該ＦＭ復調器の出力信号を受けるロックインアンプリファイアとからなり、前記プローブは探針直下の静電容量と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調され、それをＦＭ復調器で復調し、ロックインアンプで交番印加電圧の整数倍の周波数で同期検波することにより試料の高次の非線形誘電率の大きさに対応した信号を容易に精度よく得ることができる。より深い層までの情報を含む低次の非線形誘電率測定情報から、より浅い層のみの情報を含む高次の非線形誘電率測定情報を引くことにより、より浅い層以下のより深い層までの情報を割り出す本発明の走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた層解析方法は、高次の非線形誘電率測定情報には含まれていない層の情報を低次の非線形誘電率測定の元情報より精度のよい情報として抽出することができる。更には、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の異なる整数倍に設定することによって、分解能や深さ方向感度の異なる複数の情報を得るとともに、複数の異なる針先半径の探針を用いた測定情報を得て、これらを綜合するものであるから、より高精度の測定情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高次非線形誘電率顕微鏡の原理を説明する図である。
【図２】測定試料の比誘電率が300の場合の探針直下の電界の１，２，４乗分布を示す図である。
【図３】ＳＮＤＭの一次元分解能計算モデル。
【図４】ＳＮＤＭの一次元分解能計算結果を示すグラフである。
【図５】ＳＮＤＭの深さ方向感度計算結果モデル。
【図６】ＳＮＤＭの深さ方向感度計算結果を示すグラフである。
【図７】各非線形誘電率測定で見える深さを示す図である。
【図８】ＢａＴｉＯ３のｃ−ｃドメイン境界部の測定結果を示すグラフである。
【図９】広範囲でのＢａＴｉＯ３の一次現像。
【図１０】ＰＺＴ薄膜の非線形誘電率像。
【図１１】研磨前のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１２】研磨直後のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１３】ＰＰＬＮのドメイン境界部の一次現像。
【図１４】研磨後10時間のＰＰＬＮのドメイン境界部の非線形誘電率像。
【図１５】研磨後10時間のＰＰＬＮのドメイン境界部の一次元像。
【図１６】本発明の基礎となるＳＮＤＭ用の集中定数型プローブを示す図である。
【図１７】本発明の基礎となる走査型非線形誘電率顕微鏡システムを示す図である。
【図１８】強誘電体のヒステリシス曲線と非線形誘電率を説明する図である。
【符号の説明】
１ 探針 ４ ＦＭ復調器
２ 試料（高誘電率物質） ５ ロックインアンプリファイア
３ 発振器
Claims (4)
- 試料表面に先端が接触する探針と該探針近傍の適宜の面積を有する電極と外付けのインダクタンスコイルＬと発振器とからなるプローブと、前記電極と前記外付けコイルＬを介して接続されている探針及び試料背面の電極間に低周波の交番電圧を印加する手段と、前記発振器のＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器と、該ＦＭ復調器の出力信号を受けるロックインアンプリファイアとからなり、前記プローブは探針直下の静電容量と外付けコイルＬで構成されるＬＣ共振器の共振周波数に同調して発振するようにできており、その出力信号は交番電界を印加することによる試料の微小な容量変化によりＦＭ変調され、それをＦＭ復調器で復調し、ロックインアンプで交番印加電圧の整数倍の周波数で同期検波することにより試料の３次を越える高次の非線形誘電率の大きさに対応した信号を得ることを特徴とする走査型非線形誘電率顕微鏡。
- 請求項１に記載の走査型非線形誘電率顕微鏡において、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の異なる整数倍に設定することにより、分解能や深さ方向感度の異なる複数の情報を得る走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた測定方法。
- より深い層までの情報を含む低次の非線形誘電率測定情報から、より浅い層のみの情報を含む高次の非線形誘電率測定情報を引くことにより、より浅い層以下のより深い層までの情報を割り出す請求項１に記載の走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた層解析方法。
- 請求項１に記載の走査型非線形誘電率顕微鏡において、ロックインアンプの参照信号を印加電界の周波数の異なる整数倍に設定することにより、分解能や深さ方向感度の異なる複数の情報を得るとともに、複数の異なる針先半径の探針を用いた測定情報を得て、これらを綜合することによって、より高精度の情報を得られる走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120034A JP4693270B2 (ja) | 2001-02-26 | 2001-04-18 | 高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-51254 | 2001-02-26 | ||
| JP2001051254 | 2001-02-26 | ||
| JP2001051254 | 2001-02-26 | ||
| JP2001120034A JP4693270B2 (ja) | 2001-02-26 | 2001-04-18 | 高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323431A JP2002323431A (ja) | 2002-11-08 |
| JP4693270B2 true JP4693270B2 (ja) | 2011-06-01 |
Family
ID=26610137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001120034A Expired - Fee Related JP4693270B2 (ja) | 2001-02-26 | 2001-04-18 | 高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4693270B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10345336B2 (en) | 2016-03-15 | 2019-07-09 | Toshiba Memory Corporation | Scanning probe microscope and measurement method using the same |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4673446B2 (ja) * | 2001-02-26 | 2011-04-20 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 |
| JP2002323432A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-11-08 | Seiko Instruments Inc | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 |
| WO2005045821A1 (ja) * | 2003-11-07 | 2005-05-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 誘電体メモリー素子 |
| WO2009050814A1 (ja) * | 2007-10-18 | 2009-04-23 | Pioneer Corporation | 強誘電体材料の分極方向検出装置および分極方向検出方法 |
| CN111413388B (zh) * | 2020-03-20 | 2021-01-26 | 中国科学院化学研究所 | 原子力显微镜观察柱状锂电极的电化学测试装置及方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0634314A (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-08 | Toshiba Corp | 表面検査装置 |
| JPH06201373A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Seiko Instr Inc | 物性情報測定装置 |
| JPH0875806A (ja) * | 1994-09-02 | 1996-03-22 | Murata Mfg Co Ltd | 非線形誘電率測定装置 |
| JPH08136555A (ja) * | 1994-11-07 | 1996-05-31 | Nissin Electric Co Ltd | 複合顕微鏡の導電性カンチレバーとその製造方法 |
| JPH09153235A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-06-10 | Sony Corp | 記録再生装置 |
| JPH10293137A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡および静電容量測定装置 |
| JPH117667A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-12 | Canon Inc | 記録再生装置及び記録再生方法 |
| JPH1130623A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡 |
| JPH1130622A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡 |
| JPH11108976A (ja) * | 1997-10-08 | 1999-04-23 | Nikon Corp | 誘電率計測装置 |
| JP2002323432A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-11-08 | Seiko Instruments Inc | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 |
-
2001
- 2001-04-18 JP JP2001120034A patent/JP4693270B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0634314A (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-08 | Toshiba Corp | 表面検査装置 |
| JPH06201373A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Seiko Instr Inc | 物性情報測定装置 |
| JPH0875806A (ja) * | 1994-09-02 | 1996-03-22 | Murata Mfg Co Ltd | 非線形誘電率測定装置 |
| JPH08136555A (ja) * | 1994-11-07 | 1996-05-31 | Nissin Electric Co Ltd | 複合顕微鏡の導電性カンチレバーとその製造方法 |
| JPH09153235A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-06-10 | Sony Corp | 記録再生装置 |
| JPH10293137A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡および静電容量測定装置 |
| JPH117667A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-12 | Canon Inc | 記録再生装置及び記録再生方法 |
| JPH1130623A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡 |
| JPH1130622A (ja) * | 1997-07-11 | 1999-02-02 | Nikon Corp | 走査型静電容量顕微鏡 |
| JPH11108976A (ja) * | 1997-10-08 | 1999-04-23 | Nikon Corp | 誘電率計測装置 |
| JP2002323432A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-11-08 | Seiko Instruments Inc | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10345336B2 (en) | 2016-03-15 | 2019-07-09 | Toshiba Memory Corporation | Scanning probe microscope and measurement method using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002323431A (ja) | 2002-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5319977A (en) | Near field acoustic ultrasonic microscope system and method | |
| Jesse et al. | Band excitation in scanning probe microscopy: sines of change | |
| Tabib-Azar et al. | Design and fabrication of scanning near-field microwave probes compatible with atomic force microscopy to image embedded nanostructures | |
| US6185991B1 (en) | Method and apparatus for measuring mechanical and electrical characteristics of a surface using electrostatic force modulation microscopy which operates in contact mode | |
| Cleland et al. | Nanomechanical displacement sensing using a quantum point contact | |
| US7242661B2 (en) | Dielectric information apparatus, tape-like medium recording/reproducing apparatus and disc-like medium recording/reproducing apparatus | |
| EP2613160B1 (en) | Magnetic field observation device and magnetic field observation method | |
| JPH0626855A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP5050208B2 (ja) | 透磁率測定装置 | |
| Cho et al. | Higher order nonlinear dielectric microscopy | |
| JP4693270B2 (ja) | 高次非線形誘電率を計測する走査型非線形誘電率顕微鏡 | |
| Ohara et al. | Non-contact scanning nonlinear dielectric microscopy | |
| CN103901234A (zh) | 多铁性材料纳米尺度畴结构的原位集成表征装置 | |
| US6396261B1 (en) | Scanning AC hall microscope | |
| Labardi et al. | Tuning-fork-based piezoresponse force microscopy | |
| JP4673446B2 (ja) | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 | |
| Aditi et al. | Fabrication of MEMS xylophone magnetometer by anodic bonding technique using SOI wafer | |
| JP2002323432A (ja) | 走査型非線形誘電率顕微鏡を応用した超高感度変位計測方式 | |
| Selvaraj et al. | Magnetic force based resonant magnetic field sensor with piezoelectric readout | |
| Shao et al. | Wide bandwidth lorentz-force magnetometer based on lateral overtone bulk acoustic resonator | |
| JP2002286617A (ja) | 三次元分極計測用の走査型非線形誘電率顕微鏡 | |
| Kopanski et al. | Characterization of buried interfaces with scanning probe microscopes | |
| Toda et al. | Review of Magnetic Resonance Force Sensors Based on Nanomechanical Cantilever | |
| JP3566567B2 (ja) | 磁気共鳴型交換相互作用力顕微鏡及びそれを用いた観察方法 | |
| JP2002286613A (ja) | 高周波特性測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040611 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060905 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060905 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090916 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091112 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100324 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101006 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110112 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110126 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110216 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110222 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4693270 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |