JPS63231202A - 荷電ビ−ム装置 - Google Patents
荷電ビ−ム装置Info
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- JPS63231202A JPS63231202A JP6376787A JP6376787A JPS63231202A JP S63231202 A JPS63231202 A JP S63231202A JP 6376787 A JP6376787 A JP 6376787A JP 6376787 A JP6376787 A JP 6376787A JP S63231202 A JPS63231202 A JP S63231202A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
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〕
本発明はトンネル電流あるいは電界放射電流を利用した
荷電ビーム装置に係り、特に、上記の電流を用いて電流
を流す電極同士あるいは探針と試料との距離を一定に保
つ信号検出手段を有する荷電ビーム装置に関する。
荷電ビーム装置に係り、特に、上記の電流を用いて電流
を流す電極同士あるいは探針と試料との距離を一定に保
つ信号検出手段を有する荷電ビーム装置に関する。
従来、トンネル電流あるいは電界放射電流を用いて上記
の電流を流す電極同士あるいは探針と試料との距離を一
定に保つ機能を有する電子装置の信号検出回路について
は、日経マイクロデバイス1986年11月号第81頁
から第97頁において述べられている。従来技術では第
2図に示すように検出電流を増幅器12で増幅後、対数
変換器13で対数変換してサーボ回路に入力している。
の電流を流す電極同士あるいは探針と試料との距離を一
定に保つ機能を有する電子装置の信号検出回路について
は、日経マイクロデバイス1986年11月号第81頁
から第97頁において述べられている。従来技術では第
2図に示すように検出電流を増幅器12で増幅後、対数
変換器13で対数変換してサーボ回路に入力している。
この対数変換はトンネル電流あるいは電界放射電流が電
極間等の相対距離Sの指数関数に比例している理由によ
り使用しているものと思われる。しかし、厳密には(1
)式に見られるように、−と指数関数の積に比例してい
る。
極間等の相対距離Sの指数関数に比例している理由によ
り使用しているものと思われる。しかし、厳密には(1
)式に見られるように、−と指数関数の積に比例してい
る。
1 toe −exp (−k 2S )
(1)(1)式の対数を取ると(2)式となる。
(1)(1)式の対数を取ると(2)式となる。
Q n Ito=−Q n5−kzs (
2)(2)式はnnS<kzs の場合、従来方法が
有効となる。しかし、仕事関数Tを4eVとすると、4
い i トンネル電流でのLcz(= (2mY’) 、
にプラに ント定数、m:電子の質量)は2.04×IO’となり
、第3図の様にSに対するQnS、kzs の曲線が得
られるので、10〜1人の相対距離Sではuns<kz
s の条件が満足されない。即ち、従来技術では検出電
流より正確な相対距離Sの誤差を検出することはできな
い。
2)(2)式はnnS<kzs の場合、従来方法が
有効となる。しかし、仕事関数Tを4eVとすると、4
い i トンネル電流でのLcz(= (2mY’) 、
にプラに ント定数、m:電子の質量)は2.04×IO’となり
、第3図の様にSに対するQnS、kzs の曲線が得
られるので、10〜1人の相対距離Sではuns<kz
s の条件が満足されない。即ち、従来技術では検出電
流より正確な相対距離Sの誤差を検出することはできな
い。
一方、従来技術では相対距離を一定にするために所望の
相対距離を基準電源8′から設定している。この設定距
離では絶対的なものを指定するのが、物質依存性などの
理由からむずかしい、従って、電流を一定にすることも
極めてむずかしくなる。
相対距離を基準電源8′から設定している。この設定距
離では絶対的なものを指定するのが、物質依存性などの
理由からむずかしい、従って、電流を一定にすることも
極めてむずかしくなる。
上記従来技術はトンネル電流あるいは電界放射電流から
位置検出を高精度で行なう点について配慮がなされてお
らず、トンネル電流等を一定にするように探針あるいは
試料のどちらかを移動し、相対距離を一定に保つには誤
差が大きくなり、走査型トンネル顕微鏡(STM)のよ
うな2方向の位置検出分解能が高い電子装置では高分解
能が得られないという問題があった。
位置検出を高精度で行なう点について配慮がなされてお
らず、トンネル電流等を一定にするように探針あるいは
試料のどちらかを移動し、相対距離を一定に保つには誤
差が大きくなり、走査型トンネル顕微鏡(STM)のよ
うな2方向の位置検出分解能が高い電子装置では高分解
能が得られないという問題があった。
本発明の目的はトンネル電流あるいは電界放射電流を用
いて、相対する電極間あるいは探針と試料間距離を高精
度に保つための荷電ビーム装置を得ることにある。
いて、相対する電極間あるいは探針と試料間距離を高精
度に保つための荷電ビーム装置を得ることにある。
上記の目的は、上記の荷電ビーム装置の信号検出回路を
電流一定になるようにサーボするために電流検出手段、
一定電流設定手段、誤差電流検出手段、誤差電流より相
対距離の誤差を(1)式に則り高精度で検出する誤差距
離変換手段を有することにより、達成される。
電流一定になるようにサーボするために電流検出手段、
一定電流設定手段、誤差電流検出手段、誤差電流より相
対距離の誤差を(1)式に則り高精度で検出する誤差距
離変換手段を有することにより、達成される。
本発明はトンネル電流あるいは電界放射電流を一定に保
つ様に相対距離を制御することにより相対距離を一定に
保つという考え方に基づき、誤差電流検出手段及び該誤
差電流から誤差距離変換手段を有することにより高精度
に距離を一定に保持することができる。特に、上記の誤
差距離変換は誤゛差電流をトンネル電流あるいは電界放
射電流で割算することにより正確に実行できる。これは
、(1)式を微分することにより正確に誤差距離変換が
可能となる。設定値からの誤差電流dIiは(3)式の
ように与えられる。
つ様に相対距離を制御することにより相対距離を一定に
保つという考え方に基づき、誤差電流検出手段及び該誤
差電流から誤差距離変換手段を有することにより高精度
に距離を一定に保持することができる。特に、上記の誤
差距離変換は誤゛差電流をトンネル電流あるいは電界放
射電流で割算することにより正確に実行できる。これは
、(1)式を微分することにより正確に誤差距離変換が
可能となる。設定値からの誤差電流dIiは(3)式の
ように与えられる。
これより、距離の誤差量dsは次式で表わされる。
ここで、k2は一定であり、Sは制御されるので一定に
近い値である。また、5Å以上の相対距離では−<k2
であり、(4)式は(5)式のように簡単に表現できる
。
近い値である。また、5Å以上の相対距離では−<k2
であり、(4)式は(5)式のように簡単に表現できる
。
t
これは、理論式((1)式)を忠実に堅持することがで
きるので、探針あるいは試料を駆動するアクチュエータ
をトンネル電流あるいは電界放射電流が一定となる様に
サーボすることにより、誤差動作なく相対距離を一定に
保つことができる。
きるので、探針あるいは試料を駆動するアクチュエータ
をトンネル電流あるいは電界放射電流が一定となる様に
サーボすることにより、誤差動作なく相対距離を一定に
保つことができる。
以下、本発明の実施例を第1図により説明する。
図は探針2をアクチュエータlあるいは別の移動手段で
試料4に接近し、電圧Vt を探針2と試料4とに印加
してトンネル電流あるいは電界放射電流Itを得ること
により、探針・試料間の相対距離を一定に保つ機能を有
す荷電ビーム装置の一部であるサーボ回路のブロック図
である。このサーボ回路は電流検出器5.誤差電流検出
回路7.誤差距離変換回路9.サーボ回路10.高圧ア
ンプ11から構成されている。
試料4に接近し、電圧Vt を探針2と試料4とに印加
してトンネル電流あるいは電界放射電流Itを得ること
により、探針・試料間の相対距離を一定に保つ機能を有
す荷電ビーム装置の一部であるサーボ回路のブロック図
である。このサーボ回路は電流検出器5.誤差電流検出
回路7.誤差距離変換回路9.サーボ回路10.高圧ア
ンプ11から構成されている。
探針2に電流検出器5を通してvt (<O)を印加
すると、・探針2から電子3が試料4に向って流れる。
すると、・探針2から電子3が試料4に向って流れる。
これが電圧の低い場合トンネル電流、高い場合電界放射
電流Itである。尚、トンネル電流を得るには探針2と
試料4との相対距離を10Å以下にすることが望しい。
電流Itである。尚、トンネル電流を得るには探針2と
試料4との相対距離を10Å以下にすることが望しい。
この時、Itに相当する信号が電流検出器5から出力さ
れ、該差電流検出回路7で所望の電流に相当する電圧と
減算されて該差電流dItが検出される。尚、所望の電
流に相当する電圧は基準電源8で設定することができる
。また、基準電源8は可変とすることが望しい。検出さ
れたdItは誤差位置変換回路9により(1)式に則り
dSに変換される。この信号より、既知であるサーボ回
路10及び高圧アンプ11を通して、dsが零となる様
にアクチュエータ1を駆動することができる。即ち、d
Sを零とすることはdItを零とすることであるので、
本発明の目的を達成することができる。また、誤差位置
変換回路9は簡易的に(5)式が利用でき、市販の割算
回路を用いて実現することができる。
れ、該差電流検出回路7で所望の電流に相当する電圧と
減算されて該差電流dItが検出される。尚、所望の電
流に相当する電圧は基準電源8で設定することができる
。また、基準電源8は可変とすることが望しい。検出さ
れたdItは誤差位置変換回路9により(1)式に則り
dSに変換される。この信号より、既知であるサーボ回
路10及び高圧アンプ11を通して、dsが零となる様
にアクチュエータ1を駆動することができる。即ち、d
Sを零とすることはdItを零とすることであるので、
本発明の目的を達成することができる。また、誤差位置
変換回路9は簡易的に(5)式が利用でき、市販の割算
回路を用いて実現することができる。
第4図に本発明の主要部の一具体例を示す。図では電流
検出部、誤差電流検出部、割算部を示している。電流検
出部5はオペアンプ5によりItに相当する電圧Va
(= Rt・工t)を検出する。
検出部、誤差電流検出部、割算部を示している。電流検
出部5はオペアンプ5によりItに相当する電圧Va
(= Rt・工t)を検出する。
誤差電流検出回路7はオペアンプ21と抵抗R2〜R5
により減算器で形成され、dVd(= CVa−Vr
))を出力する。このdV−とV−を割算回路21で
構成する誤差距離検出回路9に入力し、相対距離の誤差
量dSに相当するVo%lt (” d Va/ Va
” d I t/ I t)を得ることができる。これ
により、トンネル電流あるいは電界放射電流を用いて正
確に距離の誤差量を算出することができる。
により減算器で形成され、dVd(= CVa−Vr
))を出力する。このdV−とV−を割算回路21で
構成する誤差距離検出回路9に入力し、相対距離の誤差
量dSに相当するVo%lt (” d Va/ Va
” d I t/ I t)を得ることができる。これ
により、トンネル電流あるいは電界放射電流を用いて正
確に距離の誤差量を算出することができる。
即ち、第1図のようなサーボ回路において、トンネル電
流等を高精度で一定に保つとともに相対距離も高分解能
を持ったまま保持することができる。
流等を高精度で一定に保つとともに相対距離も高分解能
を持ったまま保持することができる。
尚、第4図の電流検出器5は電流電圧変換回路を使用し
たが、この場合、第1図の様に探針2と電源6との間に
設置するよりも、試料4とアース間に設置した方が良い
。第1図の場合は検出抵抗を探針2と電源6との間に設
置し、この逆起電力を検出する方法が適する。また、第
4図の誤差距離変換回路9は(5)式を忠実に表わした
ものであるが、さらに厳密にするには(4)式を用いる
ことが重要であり、第3図の特性を用いて、場合場合に
応じて、電流工、より相対距離成分を算出して誤差距離
変換回路9で演算することが必要となる。
たが、この場合、第1図の様に探針2と電源6との間に
設置するよりも、試料4とアース間に設置した方が良い
。第1図の場合は検出抵抗を探針2と電源6との間に設
置し、この逆起電力を検出する方法が適する。また、第
4図の誤差距離変換回路9は(5)式を忠実に表わした
ものであるが、さらに厳密にするには(4)式を用いる
ことが重要であり、第3図の特性を用いて、場合場合に
応じて、電流工、より相対距離成分を算出して誤差距離
変換回路9で演算することが必要となる。
即ち、Ωn5)kzs の場合、相対距離の成分として
、電流工、を、一方、Ωns<kzsの場合はQnIt
を用いて、(4)式を満足するように演算回路を構成す
ることが必要である。
、電流工、を、一方、Ωns<kzsの場合はQnIt
を用いて、(4)式を満足するように演算回路を構成す
ることが必要である。
第1図の構成において、電流検出器5や電源6を探針2
側に設置したが、これらは各々アースと探針2との間、
あるいは試料4とアース間のどちらに設置しても構わな
い、また、サーボ回路10はアクチュエータ1に使用す
るものにより決定される。圧電素子では積分要素を含ん
だ比例積分制御あるいは比例積分微分制御方式が用いら
れる。
側に設置したが、これらは各々アースと探針2との間、
あるいは試料4とアース間のどちらに設置しても構わな
い、また、サーボ回路10はアクチュエータ1に使用す
るものにより決定される。圧電素子では積分要素を含ん
だ比例積分制御あるいは比例積分微分制御方式が用いら
れる。
ボイスコイル、モータなどでは比例制御方式が望ましい
。
。
本発明の応用としては走査型トンネル顕微鏡。
電界放射電流を利用した3次元形状計測装置、大容量フ
ァイルのビット検出あるいは読み出し、書き込みのため
のヘッドと試料との間隙保持機構等がある。さらに、ト
ンネル電流あるいは電界放射電流を利用して、微小な間
隔を保持する機構においても本発明の適用範囲であり、
本発明を逸脱するものではない。具体例では電子の場合
を示したが、液体金属探針のように電子ばかりでなく電
界放射イオン電流を利用する場合も本発明と同一である
1本実施例によれば、トンネル電流あるいは電界放射電
流の誤差量より正確に相対距離の誤差量を検出できるの
で、相対距離を高精度で保持することができる。
ァイルのビット検出あるいは読み出し、書き込みのため
のヘッドと試料との間隙保持機構等がある。さらに、ト
ンネル電流あるいは電界放射電流を利用して、微小な間
隔を保持する機構においても本発明の適用範囲であり、
本発明を逸脱するものではない。具体例では電子の場合
を示したが、液体金属探針のように電子ばかりでなく電
界放射イオン電流を利用する場合も本発明と同一である
1本実施例によれば、トンネル電流あるいは電界放射電
流の誤差量より正確に相対距離の誤差量を検出できるの
で、相対距離を高精度で保持することができる。
以上実施例によれば、トンネル電流あるいは電界放射電
流を±5%以内にアクチュエータを用いてサーボするこ
とができるので、電極同士あるいは探針と試料との相対
距離を0.1人種度の高精度で保持することができる。
流を±5%以内にアクチュエータを用いてサーボするこ
とができるので、電極同士あるいは探針と試料との相対
距離を0.1人種度の高精度で保持することができる。
即ち、走査型トンネル顕微鏡のごとく高精度の形状計測
や大容量超高密度ファイルとしての情報の読み出しに利
用でき。
や大容量超高密度ファイルとしての情報の読み出しに利
用でき。
計測の高精度化や情報の微細化の効果がある。さらに、
ファイルの読み出し書き込のごとく、ヘツドと試料とを
微小間隔で保持するような分野あるいは微小間隔で近接
させる分野においても本発明は上記精度で近接、保持で
きるので極めて有効である。
ファイルの読み出し書き込のごとく、ヘツドと試料とを
微小間隔で保持するような分野あるいは微小間隔で近接
させる分野においても本発明は上記精度で近接、保持で
きるので極めて有効である。
本発明は以上説明したように構成したものであるから、
電極間あるいは探針と試料間距離を高精度で一定に保つ
ことが可能となる。
電極間あるいは探針と試料間距離を高精度で一定に保つ
ことが可能となる。
第1図は本発明の一実施例である探針・試料間を一定距
離に保つためのサーボ回路ブロック図、第2図は従来技
術でのサーボ回路ブロック図、第3図は相対距離Sに対
するQnS及びkzs の特性、第4図は本発明の主要
部の具体的な一電気回路図である。 1・・・アクチュエータ、2・・・探針、3・・・電子
、4・・・試料、5・・・電流検出器、6・・・電源、
7・・・誤差電流検出回路、8・・・基準電源、9・・
・誤差距離検出回路、10・・・サーボ回路、11・・
・高圧アンプ、20゜21・・・オペアンプ、22・・
・割算回路。 奉 1 羽
離に保つためのサーボ回路ブロック図、第2図は従来技
術でのサーボ回路ブロック図、第3図は相対距離Sに対
するQnS及びkzs の特性、第4図は本発明の主要
部の具体的な一電気回路図である。 1・・・アクチュエータ、2・・・探針、3・・・電子
、4・・・試料、5・・・電流検出器、6・・・電源、
7・・・誤差電流検出回路、8・・・基準電源、9・・
・誤差距離検出回路、10・・・サーボ回路、11・・
・高圧アンプ、20゜21・・・オペアンプ、22・・
・割算回路。 奉 1 羽
Claims (1)
- 1、相対して設置した電極間あるいは探針と試料間にト
ンネル電流あるいは電界放射電流を流し、電極間あるい
は探針と試料間の距離を一定に保つことを利用する荷電
ビーム装置において、上記のトンネル電流あるいは電界
放射電流を検出する手段と、上記の電流を一定に流すた
めの目標値設定手段と、検出電流と目標値との誤差を検
出する電流誤差検出手段と、電流誤差を距離誤差に変換
する電流距離変換手段とを有して構成したことを特徴と
した荷電ビーム装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62063767A JP2810038B2 (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 荷電ビーム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62063767A JP2810038B2 (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 荷電ビーム装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63231202A true JPS63231202A (ja) | 1988-09-27 |
JP2810038B2 JP2810038B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=13238855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62063767A Expired - Fee Related JP2810038B2 (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 荷電ビーム装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2810038B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0290003A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Hitachi Ltd | 磁気ヘッドスライダ浮上量測定装置 |
EP0361932A2 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning tunnel-current-detecting device and method |
JPH04307305A (ja) * | 1991-04-02 | 1992-10-29 | Hokuto Denshi Kogyo Kk | 非接触式寸法測定装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4343993A (en) * | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
-
1987
- 1987-03-20 JP JP62063767A patent/JP2810038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4343993A (en) * | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0290003A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Hitachi Ltd | 磁気ヘッドスライダ浮上量測定装置 |
EP0361932A2 (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning tunnel-current-detecting device and method |
JPH04307305A (ja) * | 1991-04-02 | 1992-10-29 | Hokuto Denshi Kogyo Kk | 非接触式寸法測定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2810038B2 (ja) | 1998-10-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |