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走査プローブ顕微鏡の探針位置固定方法

国内特許コード P03A001480
整理番号 U1997P061
掲載日 2003年11月18日
出願番号 特願平10-085770
公開番号 特開平11-281655
登録番号 特許第3057228号
出願日 平成10年3月31日(1998.3.31)
公開日 平成11年10月15日(1999.10.15)
登録日 平成12年4月21日(2000.4.21)
発明者
  • 潮田 資勝
  • 上原 洋一
  • 伊藤 啓司
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 走査プローブ顕微鏡の探針位置固定方法
発明の概要 走査プローブ顕微鏡の探針を試料の任意の位置に、任意の時間間隔だけ固定するための方法を提供する。 探針の微動機構に与える駆動信号を制御して探針を試料における所望の位置に移動し、この位置を含む顕微鏡像を得るステップと、前記顕微鏡像を得た後、再び探針を前記位置に移動した後、所定の時間間隔だけ前記駆動信号を保持するステップと、前記時間間隔の経過後、他の顕微鏡像を得て、前記顕微鏡像との比較に基づいて前記時間間隔中に生じたドリフト量を計算するステップと、前記ドリフト量を補償するように前記駆動信号を制御し、前記探針を前記位置に移動するステップとを具え、前記顕微鏡像を得た後のステップを繰り返す。
従来技術、競合技術の概要 走査トンネル顕微鏡(STM)を始めとする走査プローブ顕微鏡は個々の原子の位置分解能で固体表面の構造やいろいろな物性情報が得られるため、現在では基礎研究、応用研究を問わず欠かすことのできない計測手法となっている。走査プローブ顕微鏡では、先端の非常に尖った探針と試料表面との【発明が解決しようとする課題】探針の移動を、圧電素子に電圧を印加することにより行う。この電圧を一定に保てば、原理的には試料と探針先端の試料面内方向の位置関係は変わらないはずであるが、実際には時間経過とともに変化することが知られている。これが走査プローブ顕微鏡の発明当初から問題になっている探針ドリフトの問題である。すなわち、研究上あるいは応用上の要請から探針を試料表面のある一点に長時間固定しようとしても、この探針ドリフトのために不可能であるというのが現状である。従来、この探針ドリフトを回避するためのいくつかの試みがなされてきた。一つは、探針ドリフトの量を事前の計測により予測し、この予測をもとにドリフトを補正する方向の電圧を圧電素子に印加する方法である。この方法の問題点は、ドリフトは時間に対して必ずしも一定に起こらないことである。すなわち、事前の計測でドリフト量を予測しても、引き続く時間でのドリフトはそれ以前のドリフトと異なる場合が往々にして発生する。従って、この方法ではドリフトの問題を完全に回避することができない。もう一つの代表的な方法は、STMにおいてトラッキングトンネリングマイクロスコピ(Tracking tunneling microscopy :TTM)として提案されている方法である。以下図面を参照してその原理を説明する。図1はTTMの原理を説明する線図である。この図に示すように、TTMによる探針の位置固定は、探針を水平方向に円運動させることによって達成される。探針を円運動させたとき試料表面に局所的な傾斜があると、トンネル電流がその傾斜に対応して変化する。このトンネル電流の変化を探針の位置制御に用いているピエゾ素子への印加電圧にフィードバックさせ、探針を傾斜に沿って移動させる。最終的に探針は、局所的に傾斜のないポイント(試料表面構造の頂点もしくは底)まで達し、その位置に固定される。この方法は、原子レベルの位置分解能で探針を固定できることが知られているが、固定できる場所が「試料表面構造の頂点もしくは底」に限定されるという欠点がある。すなわち、試料表面の任意の位置に探針位置が固定できるわけではない。このように、探針ドリフトを回避する完全な方法は未だ存在しない。本発明の目的は、走査プローブ顕微鏡の探針を試料の任意の位置に、任意の時間間隔だけ固定(ロック)するための方法を提供することにある。
産業上の利用分野 走査プローブ顕微鏡の探針位置固定方法に関すること
特許請求の範囲 【請求項1】 走査プローブ顕微鏡の探針位置固定方法において、試料の任意の領域の基準顕微鏡像を得るステップと、探針の微動機構に与える駆動信号を制御して探針を前記基準顕微鏡像に含まれる所望の位置に移動し、この位置を含むサブ基準顕微鏡像を得るステップと、前記基準顕微鏡像における前記サブ基準顕微鏡像の位置を算出するステップと、前記探針を再び前記位置に移動した後、所定の時間間隔だけ前記駆動信号を保持するステップと、前記時間間隔の経過後、他の顕微鏡像を得るステップと、前記基準顕微鏡像における前記他の顕微鏡像の位置を算出するステップと、算出された前記サブ基準顕微鏡像および他の顕微鏡像の位置の比較に基づいて前記時間間隔中に生じたドリフト量を計算するステップと、前記ドリフト量を補償するように前記駆動信号を制御し、前記探針を前記位置に移動するステップとを具え、前記サブ基準顕微鏡像の位置を算出した後のステップを繰り返すことを特徴とする探針位置固定方法。
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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出願権利状態 権利存続中
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