JP2010526284A - 原子間力顕微鏡法のためのプローブ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
・プローブは、上記振動の体積モードにおいて上記微小機械共振器の振動を検出する手段も備えることができる。
・上記微小機械共振器の振動を検出する上記手段は静電容量センサ及び圧電センサから選択することができる。
・上記共振器の振動の体積モードを選択的に励起するための上記手段は静電容量アクチュエータ及び圧電アクチュエータから選択することができる。
・上記微小機械共振器は平面構造を呈することができ、上記振動の体積モードは、上記共振器の平面変形モードである。
・上記微小機械共振器は、0.01マイクロメートル(μm)〜10μmの範囲にあり、好ましくは0.05μm〜5μmの範囲にある厚みを呈することができる。
・上記微小機械共振器はディスク又はリングの形をとることができる。そのような状況下では、上記振動の体積モードは楕円モードとすることができる。
・上記微小機械共振器がディスク又はリングの形をとるとき、該微小機械共振器は0.1μm〜200μmの範囲にある外径を呈することができる。
・上記原子間力顕微鏡法のための先端部は、上記微小機械共振器の平面内で、該微小機械共振器の外形から延在することができる。
・上記一変形形態では、上記原子間力顕微鏡法のための先端部は、上記微小機械共振器の平面と角度を成すことができる。
・上記振動の体積モードは、10メガヘルツ(MHz)〜20ギガヘルツ(GHz)の範囲にあり、好ましくは50MHz〜2GHzの範囲にある、真空中の共振周波数を呈することができる。
・上記微小機械共振器は、上記振動の体積モードの場合に、103〜105の範囲にあり、好ましくは5×103〜5×104の範囲にある、真空中の品質係数を呈することができる。
・上記微小機械共振器は、上記振動の体積モードの場合に、102〜5×104の範囲にあり、好ましくは103〜104の範囲にある、水中の品質係数を呈することができる。
・上記振動の体積モードは、上記微小機械共振器の外形上に少なくとも1つの節点を呈することができ、共振器は、該共振器を支持構造に固定するための固定手段を呈することができ、該固定手段は上記節点と一致するように配置される。特に、プローブはビームの形をとる単一の固定手段を備えることができる。
・上記微小機械共振器は対称な構造を呈することができ、上記プローブは、先端部の慣性モーメントに概ね等しい慣性モーメントを有すると共に上記構造の対称性を保つように配置される少なくとも1つの釣合わせ構成要素を呈する。
・少なくとも上記微小機械共振器及び上記原子間力顕微鏡法のための先端部は一体に形成することができる。
・有利には、上記微小機械共振器、上記原子間力顕微鏡法のための先端部、上記静電センサ及び上記静電アクチュエータは一体に形成することができる。
・少なくとも上記微小機械共振器及び原子間力顕微鏡法のための先端部はシリコンから形成することができる。
・上記微小機械共振器は、該微小機械共振器ための支持構造を構成するビームの端部に配置することができる。
本発明は、先行する請求項のいずれか一項に記載のプローブを備える原子間力顕微鏡も提供する。
上述したプローブを、原子力間顕微鏡法のための先端部が、画像を形成するための表面に接近させるステップと、
励起するために設けられる手段を用いることによって上記プローブの微小機械共振器の振動の体積モードを選択的に励起するステップであって、該振動の体積モードは或る共振周波数を呈する、励起するステップと、
上記画像を形成する表面と上記原子間力顕微鏡法のための先端部との間に作用する力によって引き起こされるような上記振動の体積モードの共振周波数の変化を検出するステップとを含む、原子間力顕微鏡法の方法も提供する。
上述したプローブの、原子力間顕微鏡法のための先端部を、画像を形成するための表面に接近させるステップと、
励起するために設けられる手段を用いることによって上記プローブの微小機械共振器の振動の体積モードを選択的に励起するステップであって、該振動の体積モードは或る共振周波数を呈する、励起するステップと、
上記画像を形成する表面と上記原子間力顕微鏡法のための先端部との間に作用する力によって引き起こされるような上記振動の体積モードの振幅における変化を検出するステップとを含む、原子間力顕微鏡法の方法も提供する。
・J. Wang、Z. Ren及びC. T-C. Nguyen著「1.156-GHz self-aligned vibrating micromechanical disk resonator」(IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 51, No. 12, pp. 1607-1628, December 2004)
・Y. Xie、S. S. Li、Z. Ren及びC. T-C. Nguyen著「UHF micromechanical extensional wine-glass mode ring resonators」(Technical Digest 2003, 2003 IEEE International Electron Devices Meeting, Washington D. C. (United States), December 8-10, 2003, pp. 953-956)、並びに
・Z. Hao, S. Pourkamali及びF. Ayazi著「VHF single-crystal silicon elliptic bulk-mode capacitive disk resonators - part I: Design and Modeling」(Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 13, No. 6, December 2004, pp. 1043-1053)。
Claims (25)
- 微小機械共振器(RMM)と、該共振器から突出する、原子間力顕微鏡法のための先端部(P1、P1’)とを備える、原子間力顕微鏡法のためのプローブ(SM’、SM’’)であって、該プローブは、
前記共振器(RMM)の振動の体積モードを選択的に励起する手段(EL1)も備えることを特徴とし、且つ
前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1、P1’)は、前記振動の体積モードの波腹点(PV1)と概ね一致して前記共振器から突出することを特徴とする、原子間力顕微鏡法のためのプローブ(SM’、SM’’)。 - 前記振動の体積モードにおいて前記微小機械共振器(RMM)の振動を検出する手段(EL2)も備える、請求項1に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器の振動を検出する前記手段(EL2)は、静電容量センサ及び圧電センサから選択される、請求項2に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記共振器の振動の体積モードを選択的に励起する前記手段(EL1)は、静電容量アクチュエータ及び圧電アクチュエータから選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は平面構造を呈し、前記振動の体積モードは、前記共振器の平面変形モードである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は、0.01μm〜10μmの範囲にあり、好ましくは0.05μm〜5μmの範囲にある厚みを呈する、請求項5に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)はディスク又はリングの形をとる、請求項5又は6に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記振動の体積モードは楕円モードである、請求項7に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記ディスク又はリングの形をとる微小機械共振器は、0.1μm〜200μmの範囲にある外径(Rex)を呈する、請求項7又は8に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)は、前記微小機械共振器(RMM)の平面内で、該微小機械共振器の外形(C)から延在する、請求項5〜9のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ(SM’)。
- 前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1’)は、前記微小機械共振器(RMM)の平面と角度を成す、請求項5〜9のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ(SM’’)。
- 前記振動の体積モードは、10MHz〜20GHzの範囲にあり、好ましくは50MHz〜2GHzの範囲にある、真空中の共振周波数を呈する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は、前記振動の体積モードの場合に、103〜105の範囲にあり、好ましくは5×103〜5×104の範囲にある、真空中の品質係数を呈する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は、前記振動の体積モードの場合に、102〜5×104の範囲にあり、好ましくは103〜104の範囲にある、水中の品質係数を呈する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記振動の体積モードは、前記微小機械共振器(RMM)の前記外形(C)上に少なくとも1つの節点(PN1、PN2、PN3、PN4)を呈し、前記共振器は、該共振器を支持構造(STS)に固定する固定手段(LF1、LF2、LF3、LF4)を呈し、該固定手段は前記節点(PN1、PN2、PN3、PN4)と一致するように配置される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記共振器を前記支持構造に固定している単一の固定手段を備え、前記固定手段はビームの形をとる、請求項15に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は対称な構造を呈し、前記プローブは、前記先端部(P1)の慣性モーメントに概ね等しい慣性モーメントを有すると共に前記構造の対称性を保つように配置される少なくとも1つの釣合わせ構成要素(P2)を呈する、請求項1〜16のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 少なくとも前記微小機械共振器(RMM)及び前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1、P2)は一体に形成される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)、前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)、前記静電センサ(EL2)及び前記静電アクチュエータ(EL1)は一体に形成される、請求項3及び4に従属する場合の請求項18に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 少なくとも前記微小機械共振器(RMM)及び前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)はシリコンから形成される、請求項1〜19のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 前記微小機械共振器(RMM)は、該微小機械共振器ための支持構造を構成するビーム(STS)の端部に配置される、請求項1〜20のいずれか一項に記載の原子間力顕微鏡法のためのプローブ。
- 請求項1〜21のいずれか一項に記載のプローブ(SM’、SM’’)を備える原子間力顕微鏡。
- 原子間力顕微鏡法の方法であって、該方法は、
請求項1〜21のいずれか一項に記載のプローブ(SM’、SM’’)の、原子力間顕微鏡法のための先端部(P1)を、画像を形成するための表面(SI)に接近させるステップと、
励起するために設けられる手段(EL1)を用いることによって前記プローブの微小機械共振器(RMM)の振動の体積モードを選択的に励起するステップであって、該振動の体積モードは或る共振周波数を呈する、励起するステップと、
前記画像を形成する表面(SI)と前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)との間に作用する力によって引き起こされるような前記振動の体積モードの前記共振周波数における変化を検出するステップとを含む、原子間力顕微鏡法の方法。 - 原子間力顕微鏡法の方法であって、該方法は、
請求項1〜21のいずれか一項に記載のプローブ(SM’、SM’’)の、原子力間顕微鏡法のための先端部(P1)を、画像を形成するための表面(SI)に接近させるステップと、
励起するために設けられる手段(EL1)を用いることによって前記プローブの微小機械共振器(RMM)の振動の体積モードを選択的に励起するステップであって、該振動の体積モードは或る共振周波数を呈するステップと、
前記画像を形成する表面(SI)と前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)との間に作用する力によって引き起こされるような前記振動の体積モードの振幅における前記変化を検出するステップとを含む、原子間力顕微鏡法の方法。 - 少なくとも前記画像を形成する表面(SI)及び前記原子間力顕微鏡法のための先端部(P1)は液状媒体に浸漬される、請求項23又は24に記載の方法。
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