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電流の計測方法および表面形状の測定装置 コモンズ

国内特許コード P04A005605
整理番号 ShIP‐Z101
掲載日 2005年1月18日
出願番号 特願2001-064937
公開番号 特開2002-267588
登録番号 特許第3551315号
出願日 平成13年3月8日(2001.3.8)
公開日 平成14年9月18日(2002.9.18)
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
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 電流の計測方法および表面形状の測定装置 コモンズ
発明の概要 【課題】 基板に電圧を印加し、基板上に配置した試料に導電性の探針を振動させながら一定の力かつ所定周期で接触させることにより、機械的強度の弱い試料または不均一な硬さを有する試料を通して流れる電流を計測することができる電流の計測方法、表面の測定装置および顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】 試料2を配置した導電性の基板1に電圧を印加させる段階と、導電性の探針3を一定の力かつ所定周期で試料2に接触するように振動させる段階と、探針3と試料2とが接触して探針3と基板1との間に流れた電流を計測する段階とを含む電流の計測方法、表面の測定装置および顕微鏡装置を用いる。
従来技術、競合技術の概要


従来、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。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用いられている。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。



また、試料などの表面情報においては、上述した走査型トンネル顕微鏡以外に走査型プローブ顕微鏡も用いられている。走査型プローブ顕微鏡においては、走査探針を一定の振動振幅として探針先端と試料表面との間の位置関係をフィードバック制御しながら試料の表面を測定することができるものがあり、また試料に探針の先端を接触させてより正確に測定する顕微鏡も用いられている。例えば、特開平10-78440号公報に開示の走査型プローブ顕微鏡によれば、探針を励振させることにより探針を所定の振幅で振動させ、試料と接触した探針の先端の荷重が常に一定となるように、走査探針の振幅最下点を検出することが可能な検出手段が設けられている。このように所定の振幅で振動させて接触する荷重を常に一定とすることにより、上述した生体試料などといった極めて柔らかく、かつ不均一な硬さを有する試料表面の情報を得ることが可能とされている。



上述した走査型トンネル顕微鏡において試料の電流を計測する場合、試料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、試料と探針との間にギャップが存在するため、試料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、試料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。また、バイオテクノロジーの分野では、生体分子や生体高分子といった生体試料、特に酵素、細菌、DNA、タンパク質などのナノメートル構造体の試料表面情報はもちろんのこと、局所的に電極を取り付けて電子やイオンの動きを計測したいといったニーズがある。しかしながら、上述した走査型プローブ顕微鏡では、このような機械的強度が弱い試料に直接探針を接触させて詳細な表面情報を得ることができるものの、直接電気的計測を行うことはできなかった。

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、導電性の探針を振動させながら一定の力かつ所定周期で試料に接触させて、探針と試料とが接触した際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】
導電性の基板に配置した試料に一定の力で接触可能な導電性の探針と、所定周波数の電圧を出力させる電圧出力手段と、前記所定周波数の電圧により前記探針を所定周期で振動させる探針振動手段と、前記導電性の基板に電圧を印加する電源と、前記探針と前記試料とが接触して前記探針と前記基板との間に流れた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】
前記探針は、先端が0.1~10nmである、請求項に記載の表面の測定装置。

【請求項3】
前記周波数は、0.1~10kHzである、請求項またはに記載の表面の測定装置。

【請求項4】
試料表面を観測するための装置であって、導電性の基板に配置した試料に一定の力で接触可能な導電性の探針と、所定周波数の電圧を出力させる電圧出力手段と、前記所定周波数の電圧により前記探針を所定周期で振動させる探針振動手段と、前記導電性の基板に電圧を印加する電源と、前記探針と前記試料とが接触して前記探針と前記基板との間に流れた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試料表面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試料表面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5】
前記探針は、先端が0.1~10nmである、請求項に記載の顕微鏡装置。

【請求項6】
前記周波数は、0.1~10kHzである、請求項またはに記載の顕微鏡装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001064937thum.jpg
出願権利状態 登録
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