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走査型プローブ顕微鏡

国内特許コード P08P005638
整理番号 N021P38
掲載日 2008年9月26日
出願番号 特願2007-064584
公開番号 特開2008-224477
登録番号 特許第4857157号
出願日 平成19年3月14日(2007.3.14)
公開日 平成20年9月25日(2008.9.25)
登録日 平成23年11月4日(2011.11.4)
発明者
  • 前田 康二
  • 成瀬 延康
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 走査型プローブ顕微鏡
発明の概要 【課題】走査型プローブ顕微鏡を用いての電場変調分光測定を再現性良く行なう。
【解決手段】バンド間遷移を起こす光が光照射手段3により試料Aに連続的に照射される。また、バイアス電源40により試料Aと探針2との間にバイアス電圧が印加され、そのバイアス電圧は変調器41及び変調周波数設定手段5によって変調される。これにより、試料Aには変位電流Idが発生するが、この変位電流Idの変化量を光照射手段3の光の波長の関数として測定することによりスペクトルを得ることができる。この方法では、変位電流を利用しているが、試料表面や探針2の状態の影響や探針-試料間距離の変動に伴って測定結果が変動することはトンネル電流を利用する場合に比べて非常に少なく、その結果、走査型プローブ顕微鏡を用いての電場変調分光測定を再現性良く行なうことができる。そして、このように測定の再現性が良いことから、(トンネル電流を利用する場合のように)波長掃引を何度も行なう必要はなく、その分、測定時間を短縮できる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来、試料に対峙するように探針を配置し、それらの間に流れるトンネル電流を利用して試料表面を観察するようにした装置(Scanning Tunneling Microscopy:以下、“STM”とする)が知られている(例えば、特許文献1参照)。このSTMは、電子のトンネル現象を利用して試料表面の形状や電子状態に関する情報を原子オーダーの空間分解能にて検出でき、顕微鏡としての用途だけでなく、微細加工装置や情報記録再生装置等への応用も期待されている。



そして、このSTMを利用し、ナノスケールの空間分解能で試料のバンド構造を測定できるようにした手法(STM-EFMS:STM-Electric Field Modulation Spectroscopy)が本発明者らにより提案されている(特許文献2及び特許文献3参照)。



図5は、このSTM-EFMSを実施する装置の従来構成の一例を示す模式図であって、符号100は試料を示し、符号101は、該試料100に対峙するように配置された探針を示す。また、符号102は、試料100と探針101との間に電圧を印加するバイアス電源を示し、符号103は、バイアス電圧を適当な振幅と周波数で変調させるための変調器を示す。さらに、符号105は、光源である白色ランプを示し、符号106は、レンズを示し、符号107は、該白色ランプ105の光から特定の狭い波長帯域の光を分離するためのモノクロメーターを示し、符号108は、光を導く光ファイバーを示し、符号109は、該光を試料100の表面に集光する集光レンズを示す。この装置では、探針101に印加するバイアス電圧を変調することにより、試料中の電場をナノスケールオーダーの狭領域にて変調して、Franz-Keldysh効果を誘起することができる。そして、このバイアス電圧の印加によって試料100と探針101との間にはトンネル電流Itが流れるが、そのトンネル電流Itをロックインアンプ104により取り込み、トンネル電流変化量を算出し、それに基づき吸収係数αの変化分を間接的に求めるようになっている。



また、上述のようにバイアス電圧を直接変調するのではなく、光変調による方法も提案されている。その方法では、チョップした光(ギャップエネルギー以上の光)を試料に照射して表面光起電力(SPV)を周期的に発生させ、それに伴って、試料中の電場が変調されるようにしている。
【特許文献1】
特開平06-137810号公報
【特許文献2】
国際公開第02/023159号パンフレット
【特許文献3】
飛田聡、目良裕、前田康二、「STMナノスペクトロスコピー」、表面科学、日本表面科学会、平成14年4月、第23巻、第4号、pp24-32

産業上の利用分野


本発明は、試料に発生する変位電流を利用して該試料の表面形状や構造等を測定する走査型プローブ顕微鏡に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
試料に対峙するように配置される探針と、
該試料に光を照射する光照射手段と、
所定の変調周波数で該試料の電場を変調させるための電場変調手段と、
該変調周波数として、該試料に変位電流が発生するような周波数を設定する変調周波数設定手段と、
前記電場変調手段からの信号と同期を取りながら前記変位電流を検出して前記試料を測定する試料測定手段と、
を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。

【請求項2】
前記変調周波数設定手段は、複数の変調周波数を設定可能に構成された、
ことを特徴とする請求項1に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項3】
前記探針と前記試料との離間距離を制御する離間距離制御手段、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項4】
前記電場変調手段は、前記探針と前記試料との間にバイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記変調周波数設定手段により設定された周波数に基づき該バイアス電圧を変調する変調器と、
からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項5】
前記電場変調手段は、表面光起電力が発生するような光を断続的に発生させる断続光発生手段である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。

【請求項6】
前記断続光変調手段は、測定分解能と変位電流発生量が適正になるように光の照射径を調整する照射径調整手段を有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の走査型プローブ顕微鏡。

国際特許分類(IPC)
画像

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JP2007064584thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 高度情報処理・通信の実現に向けたナノファクトリーとプロセス観測 領域
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