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電流の計測方法および表面の測定装置 コモンズ

国内特許コード P04A005604
整理番号 ShIP‐Z009
掲載日 2005年1月18日
出願番号 特願2000-372814
公開番号 特開2002-174580
登録番号 特許第3551308号
出願日 平成12年12月7日(2000.12.7)
公開日 平成14年6月21日(2002.6.21)
登録日 平成16年5月14日(2004.5.14)
発明者
  • 坂口 浩司
  • 岩田 太
  • 佐々木 彰
  • 長村 利彦
出願人
  • 学校法人静岡大学
発明の名称 電流の計測方法および表面の測定装置 コモンズ
従来技術、競合技術の概要
試料の電気抵抗または電導度といった電気特性を知るためには、試料に流れる電流を計測する必要がある。従来、試料に流れる電流を計測する方法として、マクロ電極法あるいはトンネル電流を計測する方法が用いられている。マクロ電極法は、金属電極を用いて直接試料に接触させて、試料に電圧を印加し、電流計により試料に流れる電流を計測する方法である。このマクロ電極法では、センチメートル域からマイクロメートル域といった大きさの試料に流れる電流が直接計測することが可能である。
【0003】
分子レベルといった微小な試料に対しては、試料に流れるトンネル電流が計測されている。このトンネル電流を計測し、試料の表面状態を画像化する装置として走査型トンネル顕微鏡がある。走査型トンネル顕微鏡は、先端が数十nmの曲率半径を持つ金属探針を試料に数十nmの距離まで近づけ、トンネル電流が一定となるように探針の高さを制御、記録して試料表面の凹凸を画像化する装置である。
【0004】
走査型トンネル顕微鏡において分子のトンネル電流を計測する場合、一般に金属といった導電性の基板に分子を物理吸着させたものが試料として用いられている。導電性の基板と探針は、電源と接続されており、基板に物理吸着させた分子に走査型トンネル顕微鏡の探針が近づけられ、その探針に電圧が印加されることにより、トンネル電流が流れるような回路が形成されている。この回路の途中に電流測定手段を設けることにより、流れたトンネル電流を計測することができる。上記回路にトンネル電流を流すためには、分子が導電性を有するものであるか、または分子が絶縁性であってもトンネル電流が流れる程度に薄く導電性基板に付着していることが必要である。
【0005】
しかしながら、上述したマクロ電極法により計測された電流は、多数の分子を流れる電流の平均値であり、例えば特定の1分子または数分子に流れる電流を計測することができなかった。また、金属電極と、試料との接触面積が大きいため、試料の欠陥による影響を大きく受けるなどの問題があった。
【0006】
また、上述した走査型トンネル顕微鏡において電流を計測する場合、分子の定性的な電気特性を求めることはできるが、計測したトンネル電流には、分子と、探針との間にギャップが存在するため、分子のみのトンネル電流を定量的に計測をすることができなかった。このため、表面に異なった電気的特性を有する分子が付着している場合、形状の差異は検出できるものの、分子を通して流れる電流を直接用いて表面の情報を得ることができなかった。さらに、絶縁性の分子のトンネル電流を計測する場合、吸着状態によっては導電性基板と、絶縁性の分子との電気的接合がうまくとれないといった問題もあった。
産業上の利用分野
本発明は、電流の計測方法、表面の測定装置および顕微鏡装置に関し、より詳細には、分子に導電性の探針を接触させて、分子に流れる電流を直接計測する電流の計測方法、該計測方法により計測した電流を解析して試料表面の状態を測定する表面の測定装置および顕微鏡装置に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】導電性の基板に結合させた分子に1分子ずつ接触可能な導電性の探針と、前記探針に電圧を印加する電源と、前記探針と前記基板との間の前記分子を通して流れるトンネル電流を計測する電流測定手段とを備える、表面の測定装置。
【請求項2】前記探針が前記分子に対して一定の力で間欠的に接触するように制御する制御装置を設けた、請求項に記載の表面の測定装置。
【請求項3】前記導電性の探針は、先端が0.1~10nmである、請求項またはに記載の表面の測定装置。
【請求項4】前記分子は、トンネル係数が9.8nm-1以下で、ヘテロ原子を含む有機分子である、請求項のいずれか1項に記載の表面の測定装置。
【請求項5】前記ヘテロ原子は、硫黄原子である、請求項に記載の表面の測定装置。
【請求項6】前記分子は、チオール基を有する有機分子である、請求項のいずれか1項に記載の表面の測定装置。
【請求項7】表面における分子分布を観測するための装置であって、導電性の基板に結合させた分子に1分子ずつ接触可能な導電性の探針と、前記探針に電圧を印加する電源と、前記探針と前記基板との間の前記分子を通して流れるトンネル電流を計測する電流測定手段とを備える表面の測定装置と、
前記電流測定手段により計測した前記トンネル電流から前記分子の分布を解析するためのプログラムが記録されたコンピュータ・システムと、
前記コンピュータ・システムにおいて解析した前記分子の分布を拡大して表示させる表示装置とを備えた、顕微鏡装置。
【請求項8】前記導電性の探針を前記分子に一定の力で間欠的に接触させて計測する、請求項に記載の顕微鏡装置。
【請求項9】前記導電性の探針は、先端が0.1~10nmである、請求項またはに記載の顕微鏡装置。
【請求項10】前記分子は、トンネル係数が9.8nm-1以下で、ヘテロ原子を含む有機分子である、請求項のいずれか1項に記載の顕微鏡装置。
【請求項11】前記ヘテロ原子は、硫黄原子である、請求項10に記載の顕微鏡装置。
【請求項12】前記分子は、チオール基を有する有機分子である、請求項11のいずれか1項に記載の顕微鏡装置。
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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出願権利状態 権利存続中
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