JPS63265102A - 走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPS63265102A JPS63265102A JP10059687A JP10059687A JPS63265102A JP S63265102 A JPS63265102 A JP S63265102A JP 10059687 A JP10059687 A JP 10059687A JP 10059687 A JP10059687 A JP 10059687A JP S63265102 A JPS63265102 A JP S63265102A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tip
- electric field
- chip
- sample
- tunneling microscope
- 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.)
- Granted
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measuring Leads Or Probes (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、チップ先端を再形成して尖鋭化するための機
構を備えた走査トンネル顕微鏡に［Ｓ！￥する。
構を備えた走査トンネル顕微鏡に［Ｓ！￥する。
［従来の技術１
一般的な走査トンネル顕微鏡として第２図に示すような
構成の装置が知られている。
構成の装置が知られている。
第２図において１は金属デツプ、３は試料、４は試料台
、５は電源、８はチップ支持部材、９ｘ。
、５は電源、８はチップ支持部材、９ｘ。
９ｙ 、９ｚはピエゾ素子である。
第２図に示すように、走査トンネル顕微鏡にＪ５いては
、電源５から微小電圧が印加されるチップ１と試料３と
の間隔をＩｎｍ程度に接近させた状態で、試料表面に沿
ってチップ１を微動走査するようにしている。この走査
はピエゾ素子９Ｘ、９ｙをチップ支持部材８に接続して
おき、該ピエゾ素子に電圧をかけて該チップを微動させ
ることによって行なっている。この走査に伴なって、該
チップが試料表面の凹部に来るとトンネル電流が減少す
るため元の電流になるまでピエゾ素子９Ｚの微動により
チップを下げ、逆に凸部に来るとチップを上げてトンネ
ル電流が一定に保たれるようにし、該ピエゾ素子９Ｚに
加えた電圧の変化を取り出して画像化することにより試
料表面の凹凸を原子レベルで観測するようにしている。
、電源５から微小電圧が印加されるチップ１と試料３と
の間隔をＩｎｍ程度に接近させた状態で、試料表面に沿
ってチップ１を微動走査するようにしている。この走査
はピエゾ素子９Ｘ、９ｙをチップ支持部材８に接続して
おき、該ピエゾ素子に電圧をかけて該チップを微動させ
ることによって行なっている。この走査に伴なって、該
チップが試料表面の凹部に来るとトンネル電流が減少す
るため元の電流になるまでピエゾ素子９Ｚの微動により
チップを下げ、逆に凸部に来るとチップを上げてトンネ
ル電流が一定に保たれるようにし、該ピエゾ素子９Ｚに
加えた電圧の変化を取り出して画像化することにより試
料表面の凹凸を原子レベルで観測するようにしている。
［発明が解決しようとする問題点］
ところで、走査トンネル顕ｆｆ１ｔＪｔにおいて観測試
料面内の原子レベルの分解能を得るためには、チップ先
端の形状を尖鋭化することが要求されているが、理想的
なチップ先端の形状としては、該チップ先端に原子が１
つあるような一原子尖端であることが望まれている。
料面内の原子レベルの分解能を得るためには、チップ先
端の形状を尖鋭化することが要求されているが、理想的
なチップ先端の形状としては、該チップ先端に原子が１
つあるような一原子尖端であることが望まれている。
そこで、チップ先端に原子尖端を形成するためには、例
えば電界蒸発等による方法が一般的である。この方法で
は機械的研磨または電界研磨法などによって先端の曲率
半径を１０００人程度に加工したタングステン等の金属
製微細線材チップを超高真空槽内で加熱し、該チップの
先端を溶融すると共に該チップ先端部に高電界を印加す
ることにより、溶融したチップ表面から原子を蒸発させ
る。そして、該溶融したチップ表面に電界をかけながら
冷却することにより、チップ表面から電界′：２発づる
過程にある原子を凝固させて原子尖端を形成している。
えば電界蒸発等による方法が一般的である。この方法で
は機械的研磨または電界研磨法などによって先端の曲率
半径を１０００人程度に加工したタングステン等の金属
製微細線材チップを超高真空槽内で加熱し、該チップの
先端を溶融すると共に該チップ先端部に高電界を印加す
ることにより、溶融したチップ表面から原子を蒸発させ
る。そして、該溶融したチップ表面に電界をかけながら
冷却することにより、チップ表面から電界′：２発づる
過程にある原子を凝固させて原子尖端を形成している。
従来の走査トンネル顕微鏡では、上述のような方法によ
ってあらかじめ作成された原子尖端を持つチップを試料
表面上に配置される支持部材に取り付けて使用している
。トンネル顕微鏡における試料観測で該チップ先端と観
測試料の間にトンネル電流を得るためには、該チップ先
端と試料表面との間隔を１ｎｍ程度まで接近させる必要
があるが、その接近動作中に該試料とチップ先端とを接
触して該チップの原子尖端を破壊してしまう場合がある
。このような原子尖端の破壊されたチップでは原子レベ
ルの分解能が得られないため、原子尖端の形成されたチ
ップとの交換が必要である。
ってあらかじめ作成された原子尖端を持つチップを試料
表面上に配置される支持部材に取り付けて使用している
。トンネル顕微鏡における試料観測で該チップ先端と観
測試料の間にトンネル電流を得るためには、該チップ先
端と試料表面との間隔を１ｎｍ程度まで接近させる必要
があるが、その接近動作中に該試料とチップ先端とを接
触して該チップの原子尖端を破壊してしまう場合がある
。このような原子尖端の破壊されたチップでは原子レベ
ルの分解能が得られないため、原子尖端の形成されたチ
ップとの交換が必要である。
しかし、微細なチップの交換には熟練と艮時間を要する
と共に、装置の超高真空を破ってチップの交換を行なう
ような場合には該チップ交換から真空排気を経て再び測
定を開始するまでには更に英大な時間を要することが問
題とされている。
と共に、装置の超高真空を破ってチップの交換を行なう
ような場合には該チップ交換から真空排気を経て再び測
定を開始するまでには更に英大な時間を要することが問
題とされている。
本発明は上記問題点を考慮し、チップ先端を再形成して
尖鋭化するための線溝を備えた走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的としている。
尖鋭化するための線溝を備えた走査トンネル顕微鏡を提
供することを目的としている。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、真空筺体内に配置されたチップと、該チップ
と試料表面との間にトンネル電流を生じせしめるための
電圧を印加する手段と、前記チップにより前記試料を走
査するため前記チップを試料に対して相対的に移動させ
るための手段を備え、前記チップに流れるトンネル電流
の検出に基づいて前記試料表面の凹凸を表わす信号を前
記走査に伴って表示するようにした走査トンネル顕微鏡
において、前記チップ先端を再形成して尖鋭化するため
該チップ先端を加熱すると共に該チップ先端に電界をか
ける手段を設けたことを特徴とする。
と試料表面との間にトンネル電流を生じせしめるための
電圧を印加する手段と、前記チップにより前記試料を走
査するため前記チップを試料に対して相対的に移動させ
るための手段を備え、前記チップに流れるトンネル電流
の検出に基づいて前記試料表面の凹凸を表わす信号を前
記走査に伴って表示するようにした走査トンネル顕微鏡
において、前記チップ先端を再形成して尖鋭化するため
該チップ先端を加熱すると共に該チップ先端に電界をか
ける手段を設けたことを特徴とする。
［作用］
本発明における走査トンネル顕微鏡は、チップ加熱手段
と電界をかける手段によって、チップを加熱し該チップ
先端に電界を印加することにより、チップ先端の原子尖
端を再形成させ、分解能を向上さけるようにしている。
と電界をかける手段によって、チップを加熱し該チップ
先端に電界を印加することにより、チップ先端の原子尖
端を再形成させ、分解能を向上さけるようにしている。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の１実施例を説明するための断面図である。
図は本発明の１実施例を説明するための断面図である。
第１図において第２図と同一の構成要素には同一番号を
付しである。
付しである。
この実施例が第２図と異なるのは、断熱性絶縁材料（例
えばセラミック）で形成されるチップ支持部材８にチッ
プ電極２を設け、該チップ電極間にスイッチＳ′を介し
てチップ加熱用電源７を接続すると共に、スイッチＳを
高電界発生用電源６に接続することにより、チップ１と
試料台の間に高電圧を印加するようにした点である。
えばセラミック）で形成されるチップ支持部材８にチッ
プ電極２を設け、該チップ電極間にスイッチＳ′を介し
てチップ加熱用電源７を接続すると共に、スイッチＳを
高電界発生用電源６に接続することにより、チップ１と
試料台の間に高電圧を印加するようにした点である。
スイッチＳ及びＳ′がａ及びａ′に接続されている場合
、チップ１と試料台４及び試料台上の試料３の間には顕
微鏡電源５から１ボルト程度の電圧が印加される。該試
料とチップの間隔を１ｎｍ程度まで接近させてからピエ
ゾ素子による微動走査を行ない、トンネル電流を検出す
ることにより従来と同様の走査トンネル顕微鏡として動
作させる。
、チップ１と試料台４及び試料台上の試料３の間には顕
微鏡電源５から１ボルト程度の電圧が印加される。該試
料とチップの間隔を１ｎｍ程度まで接近させてからピエ
ゾ素子による微動走査を行ない、トンネル電流を検出す
ることにより従来と同様の走査トンネル顕微鏡として動
作させる。
上記のような走査トンネル顕微鏡を用いた試料観測にお
いて、例えばチップ先端と試料とが接触し該チップの原
子尖端を破壊してしまったような場合、第１図に示すよ
うに、スイッチＳ及びＳ−をｂ及びｂ′に接続する。チ
ップ１と試料台４の間には高電界発生用電源６から数キ
ロボルトの高電圧が印加されると共にチップ電極２間に
はチップ加熱用電源からの電圧が印加される。これによ
りチップ１は該電極２間を流れる電流により加熱されて
その先端部は溶融する。また、該チップと試料台の間に
は高電圧が印加されることにより高電界が発生する。該
高電界は溶融するチップの表面の原子を電界蒸発させる
。ここで、電界を印加しただままの状態でスイッチＳ−
をａ′に接続してチップ加熱電流を断つことにより該チ
ップを自然冷却する。このように溶融するチップ表面を
強電界をかけながら冷却すると、チップ先端が完全に凝
固するまでには、該チップ表面からは電界蒸発が継続す
る。しかし、原子が蒸発過程で完全に凝固されることに
よりチップ先端には原子尖端が再形成される。
いて、例えばチップ先端と試料とが接触し該チップの原
子尖端を破壊してしまったような場合、第１図に示すよ
うに、スイッチＳ及びＳ−をｂ及びｂ′に接続する。チ
ップ１と試料台４の間には高電界発生用電源６から数キ
ロボルトの高電圧が印加されると共にチップ電極２間に
はチップ加熱用電源からの電圧が印加される。これによ
りチップ１は該電極２間を流れる電流により加熱されて
その先端部は溶融する。また、該チップと試料台の間に
は高電圧が印加されることにより高電界が発生する。該
高電界は溶融するチップの表面の原子を電界蒸発させる
。ここで、電界を印加しただままの状態でスイッチＳ−
をａ′に接続してチップ加熱電流を断つことにより該チ
ップを自然冷却する。このように溶融するチップ表面を
強電界をかけながら冷却すると、チップ先端が完全に凝
固するまでには、該チップ表面からは電界蒸発が継続す
る。しかし、原子が蒸発過程で完全に凝固されることに
よりチップ先端には原子尖端が再形成される。
更に、スイッチＳをａに接続し、該再形成されたチップ
と試料を接近させることにＪ：り再び走査トンネル顕微
鏡として試料の測定を行なうことができる。従って、顕
微鏡内でチップの先端を破壊した場合でも、従来のよう
に長時間をかけてチップを交換する必要はない。
と試料を接近させることにＪ：り再び走査トンネル顕微
鏡として試料の測定を行なうことができる。従って、顕
微鏡内でチップの先端を破壊した場合でも、従来のよう
に長時間をかけてチップを交換する必要はない。
なお、上述した実施例は本発明の１実施例に過ぎず、本
発明は変形して実施することができる。
発明は変形して実施することができる。
例えば、上述した実施例においては前記走査を行なうた
め、チップ１を移動させるようにしたが、本発明は試料
を移動させることにより前記走査を行なう型の装置にも
同様に適用できる。
め、チップ１を移動させるようにしたが、本発明は試料
を移動させることにより前記走査を行なう型の装置にも
同様に適用できる。
また、上述した実施例では電界蒸発を利用してチップ先
端を尖鋭化したが、チップ先端を加熱して溶融させ、凝
固過程に入ったチップ先端に電界をかけて先端にディッ
プを形成することにより、電界蒸発を利用せずにチップ
先端を尖鋭化する場合にも本発明は同様に適用できる。
端を尖鋭化したが、チップ先端を加熱して溶融させ、凝
固過程に入ったチップ先端に電界をかけて先端にディッ
プを形成することにより、電界蒸発を利用せずにチップ
先端を尖鋭化する場合にも本発明は同様に適用できる。
Ｕ発明の効果コ
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、走査
トンネル顕微鏡にチップ加熱手段と電界印加手段を設け
たため、該顕微鏡内でチップ先端を再形成して尖鋭化す
ることが可能となった。そのため、顕微鏡内でチップ先
端を破壊した場合でも従来のように長時間かけてチップ
を交換する必要はなく、該顕微鏡内で既設チップの先端
を尖鋭化することにより直ちに試料の観測を行なうこと
ができる。
トンネル顕微鏡にチップ加熱手段と電界印加手段を設け
たため、該顕微鏡内でチップ先端を再形成して尖鋭化す
ることが可能となった。そのため、顕微鏡内でチップ先
端を破壊した場合でも従来のように長時間かけてチップ
を交換する必要はなく、該顕微鏡内で既設チップの先端
を尖鋭化することにより直ちに試料の観測を行なうこと
ができる。
第１図は本発明の１実施例を説明するための断面図、第
２図は従来例を説明するための図である。 １・・・チップ、２・・・チップ電極、３・・・試料、
４・・・試料台、５・・・顕微鏡電源、６・・・高電界
発生用電源、７・・・チップ加熱用電源、８・・・チッ
プ支持部材、９Ｘ、９Ｖ、９Ｚ・・・ピエゾ素子、Ｓ及
びＳ−・・・スイッチ。
２図は従来例を説明するための図である。 １・・・チップ、２・・・チップ電極、３・・・試料、
４・・・試料台、５・・・顕微鏡電源、６・・・高電界
発生用電源、７・・・チップ加熱用電源、８・・・チッ
プ支持部材、９Ｘ、９Ｖ、９Ｚ・・・ピエゾ素子、Ｓ及
びＳ−・・・スイッチ。
Claims (1)
- 真空筺体内に配置されたチップと、該チップと試料表面
との間にトンネル電流を生じせしめるための電圧を印加
する手段と、前記チップにより前記試料を走査するため
前記チップを試料に対して相対的に移動させるための手
段を備え、前記チップに流れるトンネル電流の検出に基
づいて前記試料表面の凹凸を表わす信号を前記走査に伴
って表示するようにした走査トンネル顕微鏡において、
前記チップ先端を再形成して尖鋭化するため該チップ先
端を加熱すると共に該チップ先端に電界をかける手段を
設けたことを特徴とする走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100596A JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62100596A JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265102A true JPS63265102A (ja) | 1988-11-01 |
| JPH0640001B2 JPH0640001B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=14278249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62100596A Expired - Lifetime JPH0640001B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | 走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640001B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0348111A (ja) * | 1989-03-29 | 1991-03-01 | Canon Inc | エッジ検出装置 |
| US5038034A (en) * | 1988-11-15 | 1991-08-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Scanning tunneling microscope |
| US5116782A (en) * | 1988-12-26 | 1992-05-26 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for processing a fine pattern |
| US5132533A (en) * | 1989-12-08 | 1992-07-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming probe and apparatus therefor |
| WO1999030171A1 (en) * | 1997-12-09 | 1999-06-17 | Japan Science And Technology Corporation | Method of producing probe of tunnel scanning microscope and the probe |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343993A (en) * | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
| JPS59148230A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-24 | Fujitsu Ltd | イオン源用チツプの製造方法 |
-
1987
- 1987-04-23 JP JP62100596A patent/JPH0640001B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343993A (en) * | 1979-09-20 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Scanning tunneling microscope |
| JPS59148230A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-24 | Fujitsu Ltd | イオン源用チツプの製造方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5038034A (en) * | 1988-11-15 | 1991-08-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Scanning tunneling microscope |
| US5116782A (en) * | 1988-12-26 | 1992-05-26 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for processing a fine pattern |
| JPH0348111A (ja) * | 1989-03-29 | 1991-03-01 | Canon Inc | エッジ検出装置 |
| US5132533A (en) * | 1989-12-08 | 1992-07-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming probe and apparatus therefor |
| WO1999030171A1 (en) * | 1997-12-09 | 1999-06-17 | Japan Science And Technology Corporation | Method of producing probe of tunnel scanning microscope and the probe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0640001B2 (ja) | 1994-05-25 |
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