JPH07318569A - Scanning probe microscope - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a scanning probe microscope in which a high quality observation image can be recognized efficiently even if an experimenter is not viewing a monitor by producing a sound having frequency corresponding to that of the periodic structure on the surface of a sample when the observation image is presented on a monitor. CONSTITUTION:An STM probe 2 is controlled 5 in the z-direction so that a constant tunnel current flows between a sample 1 and the probe 2 and scanning thereof is also controlled 5 in x and y directions. Data obtained from the surface of the sample through the probe 2 is processed through a computer 6 and displayed 7 as an image. At the same time, a sound having frequency (audible frequency of 20Hz-20kHz) corresponding to the amplitude of the periodic structure on the surface of the sample is delivered from a speaker 8 wherein the magnitude of the sound corresponds to the strength of z piezoelectric signal or tunnel current signal produced depending on the irregularities on the surface of the sample. Since the frequency and strength of sound corresponds to the spectrum of observed image, the atomic image being observed can be recognized base on the sound signal without viewing the monitor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料表面上を原子レベ
ルで観察することが可能な走査型プローブ顕微鏡に係わ
り、さらに詳述すれば、走査型プローブ顕微鏡を用いて
得られる観察像を実験者に効率的に提供する方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning probe microscope capable of observing the surface of a sample at an atomic level. More specifically, the observation image obtained by using the scanning probe microscope is tested. The present invention relates to a method of efficiently providing the information to a person.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の走査型プローブ顕微鏡は、一つの
探針をピエゾ素子により走査して、試料と探針の間に流
れるトンネル電流やそれらの間で働く原子間力、磁気力
などを検知して、試料の表面形状や電子状態などの情報
を二次元的な観察像として得ることが可能な装置であ
る。例えば、走査型プローブ顕微鏡の代表である走査型
トンネル顕微鏡(ＳＴＭ)は、極めて鋭い金属探針(また
は試料)を圧電素子によって走査しつつ、探針試料間に
流れるトンネル電流を測定することによって、表面の微
視的な構造や電子状態を観察する装置である。2. Description of the Related Art A conventional scanning probe microscope scans one probe with a piezo element to detect tunnel current flowing between a sample and a probe, atomic force acting between them, and magnetic force. Then, it is a device capable of obtaining information such as the surface shape and electronic state of the sample as a two-dimensional observation image. For example, a scanning tunneling microscope (STM), which is a typical scanning probe microscope, scans an extremely sharp metal probe (or sample) with a piezoelectric element and measures the tunnel current flowing between the probe samples, It is a device for observing the microscopic structure and electronic state of the surface.

【０００３】探針の先端が試料面から数ｎｍ以内の距離
に近づくと、両者間に流れるトンネル電流は距離ととも
に指数関数的に変化する。ここで電流量が変化しないよ
うに探針と試料の間の距離をフィードバック回路で制御
しながら一定に保ちつつ、探針を試料面の凹凸に沿って
走査させると、探針の変位から試料面の形状が原子レベ
ルの分解能で立体的に描きだされる(電流一定モ−ド)。
もしくは、探針の高さを一定にして走査したときのトン
ネル電流の変化から試料面の形状を描きだすことも可能
である(高さ一定モ−ド)。When the tip of the probe approaches a distance within a few nanometers from the sample surface, the tunnel current flowing between the two changes exponentially with the distance. Here, while keeping the distance between the probe and the sample constant by controlling the feedback circuit so that the amount of current does not change, the probe is scanned along the unevenness of the sample surface. Is drawn three-dimensionally with atomic resolution (constant current mode).
Alternatively, it is also possible to draw the shape of the sample surface from the change in tunnel current when scanning is performed with the probe height kept constant (constant height mode).

【０００４】原子間力顕微鏡(ＡＦＭ)も装置的には似た
ような原理に基づいている。ＡＦＭは、物質間に働く原
子間力により表面の二次元的な観察像を形成するもので
あるが、先端に曲率半径の小さな探針をもつ板ばね状の
カンチレバー部(力−変位トランスデューサー系)と、こ
のレバーの曲がりを測定する系(変位測定系)から構成さ
れている。レバーの曲がりは作用する力に比例するた
め、この曲がりを光学的に測定することによって、探針
先端とこれに数ｎｍ以内に近接する試料表面間に働く微
弱で局所的な力を検出する。さらに、ＳＴＭ同様、この
力(すなわちレバーの曲がり)を一定にするように試料と
探針間の距離を制御しながら走査することで、表面の微
視的形状を立体的に描きだす仕組みになっている。The atomic force microscope (AFM) is also based on a similar principle in terms of equipment. AFM forms a two-dimensional observation image of the surface by interatomic forces acting between substances, but a cantilever part (a force-displacement transducer system) in the shape of a leaf spring with a probe with a small radius of curvature at the tip. ) And a system for measuring the bending of the lever (displacement measuring system). Since the bending of the lever is proportional to the acting force, the bending is optically measured to detect a weak and local force acting between the tip of the probe and the surface of the sample adjacent to the tip of the probe within a few nm. Furthermore, as with the STM, scanning is performed while controlling the distance between the sample and the probe so that this force (that is, the bending of the lever) is constant, resulting in a mechanism that three-dimensionally draws the microscopic shape of the surface. There is.

【０００５】ＳＴＭなど、他の走査型プローブ顕微鏡に
関する詳しい内容は、日本表面科学会編「表面科学の基
礎と応用」1991年８月エヌ・ティー・エス発行の222頁か
ら234頁、及び応用物理学会発行「応用物理」第59巻第
２号(1990年)59頁から64頁に記載されている。For more detailed information on other scanning probe microscopes such as STM, "Basics and Applications of Surface Science" edited by the Society of Surface Science, Japan, August 1991, NTS, pages 222 to 234, and Applied Physics. It is described in "Applied Physics" Vol. 59, No. 2 (1990), pp. 59-64, published by the Society.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、試料表面上を探針が走査して得られる観察像は、必
ずしも毎回の走査で安定したものではなく、一画像ごと
に試料表面の状況が異なって観察されたり、ノイズだけ
の画像から突然クリアな観察像が得られるという状況が
頻繁に起こる。試料にも大きく依存するが、特に原子像
観察の条件においては、多くの場合は実験者がノイズの
少ない満足できる画像を得るために１時間以上単にモニ
タを見つめて待つという状況になるのが現状である。In the above-mentioned prior art, the observation image obtained by scanning the sample surface with the probe is not always stable with each scan, and the condition of the sample surface for each image. It often happens that the images are observed differently, or a clear observation image is suddenly obtained from an image containing only noise. Although it depends greatly on the sample, especially under the condition of atomic image observation, in most cases, the experimenter simply waits for one hour or more to wait for a satisfactory image with less noise. Is.

【０００７】これは、同じ試料で同じ観察条件（ＳＴＭ
の場合、走査速度、走査範囲、トンネル電流やバイアス
電圧等）であっても、全く同じ観察像が毎回確実に得ら
れるとは限らないためである。This is because the same observation condition (STM
In this case, even if the scanning speed, the scanning range, the tunnel current, the bias voltage, etc.), the exact same observation image is not always obtained every time.

【０００８】この原因は、走査型プローブ顕微鏡の観察
像が、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)等とは異なり、探針最
先端と試料の観察領域(通常は１μｍ以下)の最表面の条
件に大きく依存するからである。例えば、トンネル電流
が流れている探針最先端の原子が不安定であったり、大
気中の不純物や表面に吸着している水分、表面の酸化の
影響で原子レベルでは走査中にも条件が常に変化してい
る。The cause of this is that the observation image of the scanning probe microscope is different from the scanning electron microscope (SEM) and the like in the condition of the outermost surface of the tip of the probe and the observation region of the sample (usually 1 μm or less). Because it depends. For example, the atom at the leading edge of the probe through which the tunnel current is flowing is unstable, the impurities in the atmosphere, the moisture adsorbed on the surface, and the oxidation of the surface affect the conditions at the atomic level even during scanning. Is changing.

【０００９】このような原子レベルの状況の変化は実験
者によって制御することは困難であり、たとえ制御でき
たとしても、温度変化に伴うドリフト、機械的音響的振
動に起因する探針の試料表面へのわずかな接触、高電流
密度かつ高電界下における探針先端の原子配列の変化等
により、同等の原子レベルの観察像を維持し続けること
は困難なことが多い。It is difficult for an experimenter to control such a change in the atomic level situation, and even if it can be controlled, the sample surface of the probe due to the drift due to the temperature change and the mechanical and acoustic vibrations can be controlled. It is often difficult to maintain an observation image at an equivalent atomic level due to slight contact with the surface of the probe, changes in the atomic arrangement of the tip of the probe under high current density and high electric field, and the like.

【００１０】またこれとは逆に、同じ原因によってノイ
ズだけの画像から突然正常な観察像が得られることもあ
り、これらの要因は必ずしも画像を乱す方向だけに作用
するとは限らない。したがって、走査型プローブ顕微鏡
の実験者は、ある程度の時間、同じ条件で探針を走査し
たまま、クリアな画像が得られるまで待つことを頻繁に
強いられる。On the contrary, a normal observation image may be suddenly obtained from an image containing only noise due to the same cause, and these factors do not always act only in the direction of disturbing the image. Therefore, the experimenter of the scanning probe microscope is often forced to wait until a clear image is obtained while scanning the probe under the same conditions for a certain period of time.

【００１１】本発明の目的は、走査型プローブ顕微鏡の
実験者に画質の良い観察像を効率的に提供することにあ
る。さらには、実験者がモニタを見ていなくても、常に
画質情報を提供し続け、実験者が不在の時には画質に応
じて選択的にコンピュ−タの記憶装置に取り込むことを
可能にすることにある。An object of the present invention is to efficiently provide an experimenter of a scanning probe microscope with a high-quality observation image. In addition, even if the experimenter is not looking at the monitor, the image quality information is always provided, and when the experimenter is absent, it is possible to selectively capture the image quality information into the storage device of the computer. is there.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、走査型プロ
ーブ顕微鏡が作動している際に、試料表面の構造に対応
した可聴周波を発生させて、実験者に注意を促し続ける
ことにより達成される。また、コンピュータ内で観察像
の周期性を判定して、自動的に観察像を選択して記憶装
置に取り込むことにより達成される。The above object is achieved by generating an audio frequency corresponding to the structure of the sample surface while the scanning probe microscope is operating, and continuing to call attention to the experimenter. It This is also achieved by determining the periodicity of the observation image in the computer and automatically selecting the observation image and loading it in the storage device.

【００１３】通常、走査型プローブ顕微鏡の観察像には
周期構造が含まれていることが多く、周期構造に対応し
た周波数の音(可聴周波：20Hz〜20kHz)を発生させ、そ
の電気信号強度(表面の凹凸等に応じて発生するｚピエ
ゾ信号強度、もしくはトンネル電流信号強度)の大きさ
を音信号強度の大きさに対応させることで実験者に認識
させる。また、周期構造をフーリエ変換して得られるス
ペクトルのピーク強度が予め設定した値を越えたら、そ
の画像を自動的にコンピュータ内の記憶装置に取り込む
ようにする。Usually, an observation image of a scanning probe microscope often contains a periodic structure, and a sound (audible frequency: 20 Hz to 20 kHz) having a frequency corresponding to the periodic structure is generated and its electric signal strength ( The experimenter is made to recognize the magnitude of the z piezo signal strength or the tunnel current signal strength, which is generated according to the unevenness of the surface, by corresponding to the magnitude of the sound signal strength. Further, when the peak intensity of the spectrum obtained by Fourier transforming the periodic structure exceeds a preset value, the image is automatically loaded into the storage device in the computer.

【００１４】可聴周波への対応のさせ方は、特に比例関
係でなくてもよく、実験者が音の変化を聴き取りやすい
帯域を利用すればよい。The correspondence to the audio frequency does not have to be a proportional relation, and a band in which the experimenter can easily hear the change in sound may be used.

【００１５】走査型プローブ顕微鏡としては、走査型ト
ンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡、摩擦力
顕微鏡、走査近視野光学顕微鏡、トンネル音響顕微鏡、
走査近接場超音波顕微鏡、走査超音波チップ顕微鏡、走
査サーマルプロファイラー、走査イオン伝導顕微鏡等が
挙げられるが、探針を走査して試料との間のトンネル電
流や力、熱、光等の相互作用を検出信号としている顕微
鏡にはすべて有効である。As the scanning probe microscope, a scanning tunnel microscope, an atomic force microscope, a magnetic force microscope, a friction force microscope, a scanning near-field optical microscope, a tunnel acoustic microscope,
Examples include scanning near-field ultrasonic microscopes, scanning ultrasonic chip microscopes, scanning thermal profilers, and scanning ion conduction microscopes.The interaction of tunnel current, force, heat, light, etc. with the sample by scanning the probe. This is effective for all microscopes that use as a detection signal.

【００１６】コンピュータ内の記憶装置は、実験者が希
望する観察像を記憶するのに十分な容量を有していれば
任意のものが使用できる。Any storage device in the computer can be used as long as it has a sufficient capacity to store the observation image desired by the experimenter.

【００１７】[0017]

【作用】本発明によれば、走査型プローブ顕微鏡の画像
情報を音情報と同時に提供することにより、実験者が走
査中にモニタを直視していなくても、音情報から画像情
報を推測することが可能になる。したがって、実験者は
他の作業をしながらでも音情報によって画像情報に注意
を払うことができる。また、一画面数秒という高速で連
続走査を繰り返している場合には、コンピュータのキー
コマンドを押し損ねて、バッファに観察像を記憶させる
ことに失敗することが頻繁にあるが、音情報の助けによ
り実験者が的確に判断できるようになる。According to the present invention, the image information of the scanning probe microscope is provided at the same time as the sound information, so that the image information can be inferred from the sound information even when the experimenter does not look directly at the monitor during scanning. Will be possible. Therefore, the experimenter can pay attention to the image information by the sound information while performing other work. In addition, when continuous scanning is repeated at a high speed of a few seconds on one screen, it often fails to store the observation image in the buffer because the user fails to press the key command of the computer. The experimenter will be able to make accurate decisions.

【００１８】また、予め設定したスペクトルに近い画像
が得られたら、自動的にコンピュータの記憶装置に取り
込むように仕組むことにより、走査型プローブ顕微鏡を
無人運転することが可能になる。すなわち、実験者があ
る時間装置から離れていても、その間の走査中に得られ
た観察像は、実験者が期待する周期構造を有するもので
あれば、自動的にコンピュータ内の記憶装置に取り込ま
れているので、後で実験者がそれを読み出してモニタ上
に再現することが可能になる。Further, when an image having a spectrum close to a preset value is obtained, the scanning probe microscope can be operated unattended by automatically loading the image in a storage device of a computer. That is, even if the experimenter is away from the apparatus for a certain period of time, the observation image obtained during scanning during that time is automatically loaded into the storage device in the computer if it has the periodic structure expected by the experimenter. This allows the experimenter to read it out and reproduce it on the monitor later.

【００１９】これらのことにより、期待する観察像が得
られるまで、実験者がモニタの前で待つことを強いられ
たり、実験者不在の間に装置が無条件に記録した全ての
観察像を、実験者が後から一つ一つ判別する必要がなく
なり、効率的に観察像を得ることが可能になる。Due to these, the experimenter is forced to wait in front of the monitor until the expected observation image is obtained, or all the observation images unconditionally recorded by the apparatus while the experimenter is absent, It becomes unnecessary for the experimenter to discriminate one after another, and it becomes possible to efficiently obtain an observation image.

【００２０】実験者が過去に記憶装置に書き込んだ観察
像を再び読みだしてモニタに表示する際にも、上記やり
方と同様の方法で音を発生させることにより、実験者は
各画像を音の音色で判別できるようになる。When the experimenter rereads the observation image written in the storage device in the past and displays it on the monitor, the experimenter generates a sound in the same manner as described above, so that the experimenter reproduces each image with a sound. You will be able to distinguish by tone color.

【００２１】本発明は周期構造を持つ試料の観察に特に
有効であるが、多くの場合、走査型プローブ顕微鏡の実
験者が期待する観察像は結晶格子や分子配列等のかなり
規則性を持ったものであり、たとえアモルファスのよう
なランダム構造や原子ステップ、点欠陥のようなもので
あっても、その観察像の中にはある程度の周期性が含ま
れており、完全なノイズとは簡単に識別できる。The present invention is particularly effective for observing a sample having a periodic structure, but in many cases, an observation image expected by an operator of a scanning probe microscope has a fairly regular crystal lattice or molecular arrangement. Even if it is a random structure such as an amorphous structure, an atomic step, or a point defect, the observed image contains a certain degree of periodicity. Can be identified.

【００２２】[0022]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。EXAMPLES The present invention will now be described in detail based on examples.

【００２３】図１は本発明に係わる走査型プローブ顕微
鏡をＳＴＭで構成した場合の概念図である。１は試料、
２はＳＴＭ探針で、３は圧電素子でｘ、ｙ、ｚ方向の駆
動素子を持つ。４は帰還増幅器で試料１とＳＴＭ探針２
の間を流れるトンネル電流を検出して増幅する。５は制
御装置で試料１とＳＴＭ探針２の間を流れるトンネル電
流が一定になるように探針のｚ方向の位置を制御すると
ともにｘ、ｙ方向のスキャンの制御を行う。６はコンピ
ュータでＳＴＭ全体のプログラム制御や探針の制御から
得られた試料表面情報に対して必要なデータ処理を行な
う。７は画像処理および表示装置であり試料表面情報を
画像化して表示する。８はスピーカであり試料表面情報
に対応した音を出力する。FIG. 1 is a conceptual diagram when the scanning probe microscope according to the present invention is constructed by STM. 1 is the sample,
Reference numeral 2 is an STM probe, and reference numeral 3 is a piezoelectric element having driving elements in x, y, and z directions. Reference numeral 4 is a feedback amplifier, which is a sample 1 and an STM probe 2.
It detects and amplifies the tunnel current flowing between the two. A controller 5 controls the position of the probe in the z direction so that the tunnel current flowing between the sample 1 and the STM probe 2 becomes constant, and controls scanning in the x and y directions. A computer 6 performs necessary data processing on sample surface information obtained from program control of the entire STM and probe control. Reference numeral 7 is an image processing and display device, which displays the sample surface information as an image. A speaker 8 outputs a sound corresponding to the sample surface information.

【００２４】図１左端部に試料１と探針２の部分を拡大
して原子レベルのイメージで示す。画像処理および表示
装置７に試料１の計測結果の画像のイメージを示す。At the left end of FIG. 1, the sample 1 and the probe 2 are enlarged and shown in an atomic level image. An image of the measurement result image of the sample 1 is shown in the image processing and display device 7.

【００２５】実施例１ 次のような実験系で本発明を実施した。走査型プローブ
顕微鏡として大気中で作動するＳＴＭを選び、グラファ
イト表面の原子像観察を行った。ＳＴＭはデジタルイン
スツルメント社製のナノスコ−プIIを改良して使用し
た。グラファイトは、ユニオンカ−バイド社製のＨＯＰ
Ｇ(高配向熱分解グラファイト)で、大きさは５ｍｍ×５
ｍｍ×２ｍｍである。Example 1 The present invention was carried out in the following experimental system. An STM operating in the atmosphere was selected as a scanning probe microscope, and an atomic image of the graphite surface was observed. The STM was a modified Nanoscope II manufactured by Digital Instruments and used. Graphite is Union Carbide's HOP
G (highly oriented pyrolytic graphite), size is 5mm x 5
mm × 2 mm.

【００２６】ＳＴＭ観察前に粘着テープにより表面層を
劈開して清浄な面を出した。試料をサンプルホルダに設
置して、パルスモ−タにより白金イリジウム(80:20)探
針をトンネル電流を検出するまで粗動接近させた。Prior to STM observation, the surface layer was cleaved with an adhesive tape to expose a clean surface. The sample was placed in the sample holder, and the platinum iridium (80:20) probe was moved roughly by the pulse motor until the tunnel current was detected.

【００２７】トンネル電流の設定を１〜４ｎＡ、バイア
ス電圧を10〜800ｍＶの範囲にして、サーボ回路が発振
しないようにゲインを調節することにより、定電流モー
ド(定高さモードではゲインを低く設定する)で炭素の原
子像を観察した。走査範囲に関しては、２ｎｍ×２ｎｍ
〜10ｎｍ×10ｎｍの間で原子像が最も鮮明に観察され
た。走査線数は200〜400が適当であった。一画面を走査
するのに５秒から30秒かけて、走査後は直ちに次の画面
(同じ観察領域)の走査を開始するようにした。以上が、
ＳＴＭにより原子像をとるまでの手順である。By setting the tunnel current in the range of 1 to 4 nA and the bias voltage in the range of 10 to 800 mV, and adjusting the gain so that the servo circuit does not oscillate, the constant current mode (the gain is set low in the constant height mode). The atomic image of carbon was observed. 2nm x 2nm for scanning range
The atomic image was most clearly observed between ˜10 nm × 10 nm. The appropriate number of scanning lines was 200-400. It takes 5 to 30 seconds to scan one screen, and the next screen immediately after scanning.
The scanning of (the same observation area) was started. More than,
This is the procedure until the atomic image is obtained by STM.

【００２８】次に、その時の電気信号(トンネル電流信
号またはＺ圧電素子信号)を増幅器及びスピーカを通し
て音信号にして発生させた。この電気信号をダイレクト
にスピーカに流した音にはかなりのノイズが含まれてい
たため、イコライザを利用して、原子像のみの情報を選
択的に増幅した。その周波数は１ｋＨｚを中心としたも
のであった。発生される音の周波数は、画像をフーリエ
変換して得られるスペクトルのピ−クに対応しており、
それはもちろん原子像に対応している。Next, an electric signal (tunnel current signal or Z piezoelectric element signal) at that time was generated as a sound signal through an amplifier and a speaker. Since the sound from this electric signal directly sent to the speaker contained considerable noise, we used an equalizer to selectively amplify the information of the atomic image only. The frequency was centered around 1 kHz. The frequency of the generated sound corresponds to the peak of the spectrum obtained by Fourier transforming the image,
It corresponds to the atomic image, of course.

【００２９】走査を止めて探針を試料上の一点で固定す
れば音は消え、また、走査中に振動を与えて画像を乱す
と、スペクトルもノイジーな音になった。音の大きさは
電気信号強度に対応しているため、表面の電子密度の凹
凸が大きい、すなわち、コントラストの高い原子像は大
きな音を発生するようになる。When the scanning was stopped and the probe was fixed at one point on the sample, the sound disappeared, and when vibration was applied during scanning to disturb the image, the spectrum became noisy. Since the loudness of the sound corresponds to the electric signal strength, the unevenness of the electron density on the surface is large, that is, an atomic image with high contrast produces a loud sound.

【００３０】問題点として、走査範囲や走査速度に応じ
て音の周波数が変化することである。すなわち、ＳＴＭ
の走査範囲もしくは走査速度を２倍にすれば、探針の原
子に対する走査速度が２倍速くなるため、音の周波数も
自然に２倍になる。これに対しては、音の周波数も連動
して変換するように改良することで解決した。つまり、
走査範囲や走査速度が２倍になれば、音の周波数も連動
して自動的に半分に変換すれば、一定の周波数の音にな
る。そのような機能を有する回路への切り替えスイッチ
を作製した。The problem is that the frequency of the sound changes according to the scanning range and the scanning speed. That is, STM
If the scanning range or the scanning speed is doubled, the scanning speed for atoms of the probe is doubled, so that the sound frequency is naturally doubled. This has been solved by improving so that the sound frequency is also converted. That is,
When the scanning range and scanning speed are doubled, the frequency of the sound is also linked and automatically converted into a half, so that the sound has a constant frequency. A switch for switching to a circuit having such a function was manufactured.

【００３１】しかし、走査範囲を広げていけば(だいた
い100ｎｍ×100ｎｍ以上)、実際には原子像はモニタか
ら見えなくなり、原子に対する探針の走査速度は速くな
るため、電気信号からも原子の凹凸に関する情報は消え
ることになる。そういう意味からは、走査範囲や走査速
度等の条件により音の周波数が変化することは、それほ
ど問題にはならなかった。上に述べた切り替えスイッチ
を用意するだけで十分であった。また、可聴周波(20Ｈ
ｚ〜20ｋＨｚ）から外れた場合は、適当に周波数を変換
させるようなポテンショメ−タを用意することで対応で
きた。However, if the scanning range is widened (approximately 100 nm × 100 nm or more), the atomic image is actually invisible on the monitor, and the scanning speed of the probe for the atom is increased. Information about will disappear. From this point of view, changing the frequency of the sound depending on the conditions such as the scanning range and the scanning speed was not a problem. It was enough to prepare the changeover switch mentioned above. In addition, audio frequency (20H
In the case of deviation from z to 20 kHz), it could be dealt with by preparing a potentiometer capable of appropriately converting the frequency.

【００３２】以上のように、本発明のＳＴＭは、音の周
波数と強度が観察像のスペクトルにそのまま対応してい
るため、実験者が直接モニタを見ていなくても、音信号
だけから、どの程度の原子像が観察されているか認識で
きることになる。これは、医者が心電図の情報を、モニ
タを見なくても装置が発生するピッ、ピッという音情報
から患者の心臓の活動電位の変化を判断できる如く、走
査型プローブ顕微鏡の実験者もモニタを見続けなくて
も、音情報によって、他の作業をしながら、必要なとき
に画像情報に注意を払うことが可能になった。As described above, in the STM of the present invention, since the frequency and intensity of the sound correspond to the spectrum of the observed image as they are, the experimenter does not directly look at the monitor. It is possible to recognize whether or not a certain atomic image is observed. This is because the doctor of the scanning probe microscope can monitor the electrocardiogram information so that the change in the action potential of the patient's heart can be judged from the beeping and beeping information generated by the device without looking at the monitor. Without having to keep on watching, the sound information allowed us to pay attention to the image information when needed while doing other work.

【００３３】実施例２ 次に本実施例では、予め実験者が設定したスペクトルに
近い画像が得られたら、自動的にコンピュータの記憶装
置に取り込むことにより、走査型プローブ顕微鏡を無人
運転する方法について説明する。Embodiment 2 Next, in this embodiment, when an image close to a spectrum set in advance by an experimenter is obtained, it is automatically loaded into a storage device of a computer to operate the scanning probe microscope unattended. explain.

【００３４】実験系は実施例１と同じものを用いた。Ｓ
ＴＭ制御系のコンピュータ内に取り込まれた観察像を高
速フーリエ変換し、そのスペクトルの特定の周波数(格
子間隔に対応する)にある程度の強度(コントラストに対
応する)の信号が得られたら、その観察像を記憶装置内
に取り込むようにプログラムしておく。図２にそのスペ
クトルの設定の様子を示した。２次元のフーリエ変換に
対しても同様である。フーリエ変換に要する時間と観察
像を記憶装置に取り込むのに要する時間が、次の一画面
を走査する時間と比較して長過ぎないように設定する。
その理由は、あまりにも処理時間がかかり過ぎると、連
続して観察像を記憶装置に取り込めなくなるからであ
る。処理速度が速いコンピュータを使用するか、計算に
使用する観察像のサンプル数を減らして計算時間を速め
る等の処置を行い、最適な条件に設定しておく。The same experimental system as in Example 1 was used. S
Fast Fourier transform of the observed image taken in the computer of the TM control system, and when a signal of a certain intensity (corresponding to the contrast) is obtained at a specific frequency (corresponding to the lattice spacing) of the spectrum, the observation The image is programmed to be captured in storage. FIG. 2 shows how the spectrum is set. The same applies to the two-dimensional Fourier transform. The time required for the Fourier transform and the time required for loading the observation image into the storage device are set so as not to be too long as compared with the time for scanning the next one screen.
The reason is that if the processing time is too long, the observation images cannot be continuously captured in the storage device. Use a computer with a high processing speed, or take measures such as reducing the number of observation image samples used for calculation to accelerate the calculation time, and set the optimum conditions.

【００３５】次にフーリエ変換したスペクトルの特定の
周波数に設定値以上の強度の信号が得られたら、その観
察像を記憶装置内に取り込むように、図２に示したよう
に予め適当な設定値を入力しておく。Next, when a signal having an intensity equal to or higher than a set value is obtained at a specific frequency of the Fourier transformed spectrum, an appropriate set value is set beforehand as shown in FIG. 2 so that the observed image is taken into the storage device. Enter.

【００３６】この状態で、実施例１と同様にして大気中
におけるＳＴＭのグラファイト原子像を観察した。実験
者がある時間ＳＴＭから離れていても、その間の走査中
に得られた観察像は、実験者が期待する周期構造を有す
るものであれば、自動的にコンピュータの記憶装置内に
取り込まれているので、後で実験者がそれを読み出すこ
とで再現できた。従来のように、原子像が得られるま
で、実験者がモニタの画面を注視しながらモニタの前で
待つ必要はなくなった。In this state, the graphite atom image of STM in the atmosphere was observed in the same manner as in Example 1. Even if the experimenter is away from the STM for a certain period of time, the observation image obtained during scanning during that period is automatically captured in the storage device of the computer as long as it has the periodic structure expected by the experimenter. It can be reproduced by the experimenter reading it out later. It is no longer necessary for the experimenter to gaze at the monitor screen and wait in front of the monitor until the atomic image is obtained, as in the conventional case.

【００３７】上述のように過去に記憶装置に書き込んだ
観察像を再び読みだしてモニタに表示する際にも、実施
例１と同様に音を発生させることにより、各画像を音の
音色で瞬時に判別できるようになった。As described above, when the observation image written in the storage device in the past is read out again and displayed on the monitor, sound is generated in the same manner as in the first embodiment, so that each image is instantly reproduced with the timbre of the sound. It has become possible to determine.

【００３８】以上、本発明をＳＴＭの実施例で説明した
が、ＡＦＭ等の他の走査型プローブ顕微鏡にも全く同様
の方法により適用することが可能である。また、本実施
例では大気中のＳＴＭ実験で説明したが、観察雰囲気は
本発明の思想とは関係なく、実際に超高真空中でＳi(11
1)７×７再配列表面を観察した結果、実施例１及び２と
同様の効果があった。しかも、この表面構造はグラファ
イトよりも複雑なために、画像を見なくても音色の違い
により容易に判別できた。さらに、この表面に金や銀な
どの金属を蒸着することにより表面配列構造が変わる様
子も音の変化で認識できた。Although the present invention has been described with reference to the STM embodiment, it can be applied to other scanning probe microscopes such as AFM by the same method. Further, although the STM experiment in the atmosphere has been described in the present embodiment, the observation atmosphere is not related to the idea of the present invention, and the Si (11
1) As a result of observing the 7 × 7 rearranged surface, the same effect as in Examples 1 and 2 was obtained. Moreover, since this surface structure is more complicated than graphite, it could be easily identified by the difference in timbre without looking at the image. Furthermore, it was possible to recognize the change in the surface arrangement structure by vapor-depositing metal such as gold or silver on the surface by the change in sound.

【００３９】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、走査型プローブ顕微鏡
を用いて得られる観察像を実験者に効率的に提供する効
果がある。According to the present invention, it is possible to efficiently provide an experimenter with an observation image obtained by using a scanning probe microscope.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係わる走査型プローブ顕微鏡の構成を
示す概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a scanning probe microscope according to the present invention.

【図２】本発明に係わる走査型プローブ顕微鏡の観察像
のフーリエ変換したスペクトルを示す図。FIG. 2 is a diagram showing a spectrum obtained by Fourier transforming an observation image of the scanning probe microscope according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：試料、２：ＳＴＭ探針、３：圧電素子(x,y,z)、
４：帰還増幅器、５：制御装置、６：コンピュータ、
７：画像処理装置、８：スピーカ。1: sample, 2: STM probe, 3: piezoelectric element (x, y, z),
4: feedback amplifier, 5: controller, 6: computer,
7: image processing device, 8: speaker.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ラトビッチ 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 三矢 宗久 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 冨岡 安 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mark Ratvic 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Stock Company Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Munehisa Mitsuhisa 2520 Akunuma, Hayama-cho, Hiki-gun Saitama Prefecture Stock Association Inside Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Yasushi Tomioka 2520 Akanuma, Hatoyama Town, Hiki-gun, Saitama Stock Company Inside Hitachi Research Laboratories

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】モニタに観察像を表示する際に、試料表面
の構造に対応した音を発生させることを特徴とする走査
型プローブ顕微鏡。1. A scanning probe microscope, wherein a sound corresponding to the structure of the sample surface is generated when an observation image is displayed on a monitor. 【請求項２】試料表面の周期構造の周波数を音の周波数
に対応させて、該試料表面の該周期構造の振幅を音信号
強度に対応させることを特徴とする請求項１記載の走査
型プローブ顕微鏡。2. The scanning probe according to claim 1, wherein the frequency of the periodic structure on the sample surface corresponds to the frequency of sound, and the amplitude of the periodic structure on the sample surface corresponds to the sound signal intensity. microscope. 【請求項３】観察像に含まれている周期性を判定して、
所望の周期性があるとき、該観察像をコンピュータ内の
記憶装置に自動的に選択して取り込むことを特徴とする
走査型プローブ顕微鏡。3. The periodicity included in the observed image is determined,
A scanning probe microscope characterized in that, when there is a desired periodicity, the observed image is automatically selected and stored in a storage device in a computer.