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電子放出分布測定装置 コモンズ

国内特許コード P07P004678
整理番号 T45
掲載日 2007年4月13日
出願番号 特願2005-270889
公開番号 特開2007-078660
登録番号 特許第4461257号
出願日 平成17年9月16日(2005.9.16)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
登録日 平成22年2月26日(2010.2.26)
発明者
  • 佐々木 正洋
  • 佐藤 貴伸
  • 才田 守彦
出願人
  • 学校法人筑波大学
発明の名称 電子放出分布測定装置 コモンズ
発明の概要

【課題】走査型トンネル顕微鏡などにおいて、高分解能電子放出分布の測定も可能な電子放出分布測定装置測定方法を実現する。
【解決手段】 探針6と、探針6を試料7に対して移動させるピエゾ素子と、試料7にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加回路と、探針6と試料7との間を流れるトンネル電流を電圧変換するプリアンプ10と、プリアンプ10の出力側に順次設けられたSTM制御回路3と、を備えており、プリアンプ10とSTM制御回路3との間にサンプルホールド回路22を設け、STM像を計測(作成)するとともに、電子放出分布像を計測(作成)する。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


従来、探針と試料間に流れる電流の大きさ等を検出し、一定に制御することで試料表面の状態を計測する装置として走査型トンネル顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡が知られている(特許文献1参照)。



STMは、試料に一定の電圧を印加し、制御機器を用い探針と試料間に流れる電流を一定にするように試料垂直方向の位置をフィードバック制御する状態(定電流トンネルモード)で、試料を水平方向に走査したときの試料垂直方向の軌跡を、試料水平方向位置情報(試料表面の起伏形状)と対応させ、記憶装置内に二次元平面状に再配列することで試料の表面形状像を得るものである。



ところで、従来、走査プローブ顕微鏡を活用して電界電子放出分布を計測する試みがなされている(Scanning Tunneling Field Emission Microscope:STFEM法) (非特許文献1参照)。



また、本発明と目的は異なるものの、関連する技術として、固体表面における電子状態を高空間分解能を保ちつつエネルギー分解にて計測することを可能としたCITS法 (Current Imaging Tunneling Spectroscopy)が知られている(非特許文献2参照)。




【特許文献1】特開平5-306926

【非特許文献1】D Frolov, A V Karabutov, V I Konov, S M Pimenov および A M Prokhorov著、 “Scanning tunnelling microscopy: application to field electron emission studies” Journal of Physics D: Applied Physics、32巻、p. 815-819、1999年

【非特許文献2】R. J. Hamers, R. M. Tromp, および J. E. Demuth著、 “Surface Electronic Structure of Si (111)-(7 x 7) Resolved in Real Space” Physical Review Letters、56巻、p 1972-1975, 1986年

産業上の利用分野


本発明は、走査型トンネル顕微鏡(scanning tunneling microscope:「STM」という。)などの走査プローブ顕微鏡を応用して、走査型トンネル顕微鏡で通常得られる試料の表面形状像(本明細書では「STM像」ともいう。)だけでなく、試料における高分解能の電子放出分布像(本明細書では「FE像)」ともいう。)を同時に計測することのできる電子放出分布測定装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
探針と、該探針を試料に対して移動させるピエゾ素子と、前記試料にバイアス電圧が印加されると前記探針と前記試料との間を流れるトンネル電流を電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力側に設けられ、前記試料にバイアス電圧を印加するSTM用バイアス電源を備えたSTM制御回路と、を備えた走査型トンネル顕微鏡における電子放出分布測定装置であって、
前記STM用バイアス電源より高電圧であり前記試料にバイアス電圧を印加するFE用バイアス電源と、STM用バイアス電源とFE用バイアス電源を交互に切り換える切換スイッチと、サンプルホールド回路と、を備えており、
前記サンプルホールド回路は、タイミング信号発生器に互いに並列に接続された第1サンプルホールド回路及び第2サンプルホールド回路を有し、それぞれ前記タイミング信号発生器から送られるサンプル信号により前記プリアンプからの入力を出力するサンプリング動作を行い、ホールド信号により該ホールド信号入力直前の前記プリアンプからの入力を保持して出力する保持動作を行い、
前記第1のサンプルホールド回路は、前記プリアンプとSTM制御回路との間に設けられ、前記第2のサンプルホールド回路は、前記プリアンプと電子放出分布計測用の回路系との間に設けられており、
前記切換スイッチは、前記タイミング信号発生器から送られるスイッチ切換信号により試料に印加する電源を前記STM用バイアス電源又はFE用バイアス電源に交互に切り換え、
前記試料にFE用バイアス電源の電圧が印加されている期間は、前記第1サンプルホールド回路は保持動作が行われているが、前記第2サンプルホールド回路は前記期間中にサンプル信号が加えられると、前記プリアンプからの出力で前記電子放出分布像の計測に供することを特徴とする電子放出分布測定装置。

【請求項2】
前記プリアンプは、前記探針に接続された第1のプリアンプと、第1のプリアンプの出力側の分岐回路にそれぞれ互いに並列に接続された第2のプリアンプ及び第3のプリアンプから成り、
前記第2のプリアンプの出力側は第1サンプルホールド回路に接続されており、第3のプリアンプの出力側は第2サンプルホールド回路に接続され、
前記第2のプリアンプに対して、第3のプリアンプは増倍率が異なることを特徴とする請求項1に記載の電子放出分布測定装置。
産業区分
  • 試験、検査
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005270889thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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