JPH0769140B2 - 走査形トンネル顕微鏡 - Google Patents
走査形トンネル顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0769140B2 JPH0769140B2 JP1160364A JP16036489A JPH0769140B2 JP H0769140 B2 JPH0769140 B2 JP H0769140B2 JP 1160364 A JP1160364 A JP 1160364A JP 16036489 A JP16036489 A JP 16036489A JP H0769140 B2 JPH0769140 B2 JP H0769140B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- sample
- tunnel current
- image
- measurement points
- Prior art date
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- Expired - Fee Related
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、試料に探針を近付けてトンネル電流を検出し
て試料表面の凹凸像を画像表示装置に表示する走査形ト
ンネル顕微鏡に関する。
て試料表面の凹凸像を画像表示装置に表示する走査形ト
ンネル顕微鏡に関する。
［従来の技術］ 探針先端の原子と試料の原子の電子雲とが重なり合うnm
オーダーまで探針の先端と試料の先端を試料表面に近付
け、この状態で探針と試料との間に一定のバイアス電圧
をかけるとトンネル電流が流れる。このトンネル電流
は、特に、探針と試料との間の距離に敏感であるため、
トンネル電流の大きさを測定することにより試料と探針
との間の距離を超精密測定することができる。
オーダーまで探針の先端と試料の先端を試料表面に近付
け、この状態で探針と試料との間に一定のバイアス電圧
をかけるとトンネル電流が流れる。このトンネル電流
は、特に、探針と試料との間の距離に敏感であるため、
トンネル電流の大きさを測定することにより試料と探針
との間の距離を超精密測定することができる。
走査形トンネル顕微鏡（STM）は、上記トンネル電流が
一定になるように探針の高さを制御しながら、探針を水
平方向に走査したときの探針の高さの軌跡により試料表
面の凹凸形状を観察するものであり、表面原子配列を観
察する上で注目されている顕微鏡装置である。
一定になるように探針の高さを制御しながら、探針を水
平方向に走査したときの探針の高さの軌跡により試料表
面の凹凸形状を観察するものであり、表面原子配列を観
察する上で注目されている顕微鏡装置である。
また、走査形トンネル顕微鏡は表面原子配列（試料表面
の凹凸）を観察できるばかりでなく、PHYSICAL REVIEW
LETTERS VOLUME56,NUMBER6,PP.608−611,10FEBRUARY198
6に記載されている方法により、試料の特性及び試料の
電子状態を知ることができる。すなわち、試料の特性
は、探針を試料上の任意の位置（x0,y0,z0）に固定した
状態でバイアス電圧VTをマイナスの値からプラスの値に
変化させ、その時のトンネル電流ITを測定し、Ｉ−Ｖカ
ーブを求めることにより知ることができる。第３図
（ａ）は、試料が金属である場合のＩ−Ｖカーブを示
し、同図（ｂ）は、試料が半導体である場合のそれを示
している。また、試料の電子状態は、同じく探針を任意
の位置に固定し、バイアス電圧VTを単位量変化させた場
合のトンネル電流の変化dIT/dVTを求めることにより知
ることができる。
の凹凸）を観察できるばかりでなく、PHYSICAL REVIEW
LETTERS VOLUME56,NUMBER6,PP.608−611,10FEBRUARY198
6に記載されている方法により、試料の特性及び試料の
電子状態を知ることができる。すなわち、試料の特性
は、探針を試料上の任意の位置（x0,y0,z0）に固定した
状態でバイアス電圧VTをマイナスの値からプラスの値に
変化させ、その時のトンネル電流ITを測定し、Ｉ−Ｖカ
ーブを求めることにより知ることができる。第３図
（ａ）は、試料が金属である場合のＩ−Ｖカーブを示
し、同図（ｂ）は、試料が半導体である場合のそれを示
している。また、試料の電子状態は、同じく探針を任意
の位置に固定し、バイアス電圧VTを単位量変化させた場
合のトンネル電流の変化dIT/dVTを求めることにより知
ることができる。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のように試料の任意の１点に探針を固定し
てＩ−Ｖカーブを求めた場合、そのＩ−Ｖカーブから求
められる試料の特性の信頼性は低く、誤った特性を求め
ることがある。なぜなら、トンネル電流は非常に小さ
く、そのトンネル電流にノイズが混入すると、Ｉ−Ｖカ
ーブはノイズに大きく左右されるからである。
てＩ−Ｖカーブを求めた場合、そのＩ−Ｖカーブから求
められる試料の特性の信頼性は低く、誤った特性を求め
ることがある。なぜなら、トンネル電流は非常に小さ
く、そのトンネル電流にノイズが混入すると、Ｉ−Ｖカ
ーブはノイズに大きく左右されるからである。
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目
的は、トンネル電流にノイズが混入しても試料の特性を
正確に求めることができる走査形トンネル顕微鏡を提供
することにある。
的は、トンネル電流にノイズが混入しても試料の特性を
正確に求めることができる走査形トンネル顕微鏡を提供
することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、試料面に沿ってXY方向に探針を駆動するXY軸
方向駆動手段、試料面との高さを変えるＺ方向に探針を
駆動するＺ軸方向駆動手段、探針と試料との間にバイア
ス電圧を印加するための電圧印加手段、探針と試料との
間のトンネル電流検出手段、探針の駆動信号を発生し試
料表面の凹凸像を出力する信号処理手段を備え、試料に
探針を近付けてトンネル電流を検出して試料表面の凹凸
像を画像表示装置に表示する走査形トンネル顕微鏡にお
いて、前記試料像に対応して試料面上の複数の測定点を
指定する手段と、該指定された各測定点上に順次探針を
移動させて探針を固定する手段と、前記指定された各測
定点において前記バイアス電圧を掃引する手段と、前記
各測定点で測定されたトンネル電流の信号を平均化処理
する信号処理手段を設けたことを特徴としている。
方向駆動手段、試料面との高さを変えるＺ方向に探針を
駆動するＺ軸方向駆動手段、探針と試料との間にバイア
ス電圧を印加するための電圧印加手段、探針と試料との
間のトンネル電流検出手段、探針の駆動信号を発生し試
料表面の凹凸像を出力する信号処理手段を備え、試料に
探針を近付けてトンネル電流を検出して試料表面の凹凸
像を画像表示装置に表示する走査形トンネル顕微鏡にお
いて、前記試料像に対応して試料面上の複数の測定点を
指定する手段と、該指定された各測定点上に順次探針を
移動させて探針を固定する手段と、前記指定された各測
定点において前記バイアス電圧を掃引する手段と、前記
各測定点で測定されたトンネル電流の信号を平均化処理
する信号処理手段を設けたことを特徴としている。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例による走査形トンネル顕微鏡の構
成を示す図、第２図は試料像の画像表示状態を示す図で
ある。第１図において、１は試料、２は探針、３はバイ
アス電源、4x,4y,4zは圧電素子、５はスキャンジエネレ
ータ、6x,6y,6zは圧電素子駆動高圧回路、７はI/V増幅
器、８はログアンプ、９はコンパレータ、10はインテグ
レータ、11はイメージ増幅器、12はCPUモニタである。
図は本発明の一実施例による走査形トンネル顕微鏡の構
成を示す図、第２図は試料像の画像表示状態を示す図で
ある。第１図において、１は試料、２は探針、３はバイ
アス電源、4x,4y,4zは圧電素子、５はスキャンジエネレ
ータ、6x,6y,6zは圧電素子駆動高圧回路、７はI/V増幅
器、８はログアンプ、９はコンパレータ、10はインテグ
レータ、11はイメージ増幅器、12はCPUモニタである。
圧電素子4x,4y,4zは夫々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を駆動する３
次元スキャナーを構成するものであり、スキャンジェネ
レータ５は探針２及び画像表示装置12の走査信号を発生
するものである。圧電素子駆動高圧発生回路6x,6yは、
スキャンジェネレータ５で発生した走査信号にしたがっ
て３次元スキャナーの圧電素子4x,4yを駆動するもので
あり、圧電素子駆動高圧発生回路6zは、インテグレータ
10の出力により３次元スキャナーの圧電素子4zを駆動す
るものである。試料に接続された初段のI/V増幅器７
は、トンネル電流ITを電圧に変換し更に増幅するもので
あり、その次の段に接続されたログアンプ８はI/V増張
幅器７の出力信号が探針の高さに対して線形に対応する
ように信号変換（線形化）を行うものである。コンパレ
ータ９は、ログアンプ８の出力値をトンネル電流の設定
値に対応する基準値（DC Source）と比較するものであ
り、インテグレータ10は、コンパレータ７の出力を積分
し、この出力を３次元スキャナーのＺ軸電圧素子4zに対
する制御値とするものである。このようにI/V増幅器
７、ログアンプ８、コンパレータ９、インテグレータ10
を通してトンネル電流ITをＺ軸圧電素子駆動高圧発生回
路6zフィードバックし、３次元スキャナーのＺ軸圧電素
子4zを制御することによって、探針２の高さを制御しト
ンネル電流Itを一定にしている。
次元スキャナーを構成するものであり、スキャンジェネ
レータ５は探針２及び画像表示装置12の走査信号を発生
するものである。圧電素子駆動高圧発生回路6x,6yは、
スキャンジェネレータ５で発生した走査信号にしたがっ
て３次元スキャナーの圧電素子4x,4yを駆動するもので
あり、圧電素子駆動高圧発生回路6zは、インテグレータ
10の出力により３次元スキャナーの圧電素子4zを駆動す
るものである。試料に接続された初段のI/V増幅器７
は、トンネル電流ITを電圧に変換し更に増幅するもので
あり、その次の段に接続されたログアンプ８はI/V増張
幅器７の出力信号が探針の高さに対して線形に対応する
ように信号変換（線形化）を行うものである。コンパレ
ータ９は、ログアンプ８の出力値をトンネル電流の設定
値に対応する基準値（DC Source）と比較するものであ
り、インテグレータ10は、コンパレータ７の出力を積分
し、この出力を３次元スキャナーのＺ軸電圧素子4zに対
する制御値とするものである。このようにI/V増幅器
７、ログアンプ８、コンパレータ９、インテグレータ10
を通してトンネル電流ITをＺ軸圧電素子駆動高圧発生回
路6zフィードバックし、３次元スキャナーのＺ軸圧電素
子4zを制御することによって、探針２の高さを制御しト
ンネル電流Itを一定にしている。
また、Ｚ軸圧電素子駆動高圧発生回路6zへフィードバッ
クされる信号はイメージ増幅器11に供給されており、該
イメージ増幅器11からの出力信号がCPUモニタ12に供給
されて輝度変調され、２次元の試料表面像として画像表
示されている。
クされる信号はイメージ増幅器11に供給されており、該
イメージ増幅器11からの出力信号がCPUモニタ12に供給
されて輝度変調され、２次元の試料表面像として画像表
示されている。
上述のような構成において、本発明は、CPUモニタ12に
２次元表示された試料像に対応して、試料面上の複数の
測定点を指定する位置指定回路13を設けている。該位置
指定回路13には画面上の任意の点を指定するためのマウ
スやライトペンなどのポインティングデバイス14が接続
されている。操作者が該ポインティングデバイスによっ
て、試料面上の複数の測定点を指定すると、その位置を
示す信号が該位置指定回路13に保持されると共に、該指
定された点が第２図に示すように前記試料像上に表示さ
れる。
２次元表示された試料像に対応して、試料面上の複数の
測定点を指定する位置指定回路13を設けている。該位置
指定回路13には画面上の任意の点を指定するためのマウ
スやライトペンなどのポインティングデバイス14が接続
されている。操作者が該ポインティングデバイスによっ
て、試料面上の複数の測定点を指定すると、その位置を
示す信号が該位置指定回路13に保持されると共に、該指
定された点が第２図に示すように前記試料像上に表示さ
れる。
第２図においては、シリコン（111）面の７×７構造の
トンネル顕微鏡像が表示されており、該試料像中のダン
グリングポイントa1〜anが測定点として測定されてい
る。
トンネル顕微鏡像が表示されており、該試料像中のダン
グリングポイントa1〜anが測定点として測定されてい
る。
そして、該位置指定回路13に保持された測定点を示す信
号が圧電素子駆動高圧発生回路6x,6yに供給される。圧
電素子駆動高圧発生回路6x,6yは該信号に基づいて３次
元スキャナーの圧電素子4x,4yを駆動し、探針２を試料
面上の測定点に順次移動する。そして、各測定点におい
て、探針フェルミ準位が試料のフェルミ準位の充分下か
ら上まで走査されるようにバイアス電源３が制御され、
バイアス電圧VTがプラス、マイナスで大幅に変化され
る。この時のバイアス電圧VTの変化に伴うトンネル電流
ITが検出され、該検出されたトンネル電流ITがCPUモニ
タ12に供給される。CPU12に供給された測定点a1〜anで
のバイアス電圧VTの変化に伴なうトンネル電流ITはCPU1
2において演算処理されて、トンネル電流の平均が求め
られる。そして、バイアス電圧の単位量変化に対するト
ンネル電流の変化を求めることにより、試料の電子状態
を求めることができる。
号が圧電素子駆動高圧発生回路6x,6yに供給される。圧
電素子駆動高圧発生回路6x,6yは該信号に基づいて３次
元スキャナーの圧電素子4x,4yを駆動し、探針２を試料
面上の測定点に順次移動する。そして、各測定点におい
て、探針フェルミ準位が試料のフェルミ準位の充分下か
ら上まで走査されるようにバイアス電源３が制御され、
バイアス電圧VTがプラス、マイナスで大幅に変化され
る。この時のバイアス電圧VTの変化に伴うトンネル電流
ITが検出され、該検出されたトンネル電流ITがCPUモニ
タ12に供給される。CPU12に供給された測定点a1〜anで
のバイアス電圧VTの変化に伴なうトンネル電流ITはCPU1
2において演算処理されて、トンネル電流の平均が求め
られる。そして、バイアス電圧の単位量変化に対するト
ンネル電流の変化を求めることにより、試料の電子状態
を求めることができる。
［効果］ 本発明によれば、試料の複数の測定点上に探針を固定
し、各測定点においてバイアス電圧を掃引してトンネル
電流を測定し、各測定点において測定されたトンネル電
流の平均を求めるので、トンネル電流にノイズが混入し
ても試料の特性を正確に求めることができる。
し、各測定点においてバイアス電圧を掃引してトンネル
電流を測定し、各測定点において測定されたトンネル電
流の平均を求めるので、トンネル電流にノイズが混入し
ても試料の特性を正確に求めることができる。
第１図は本発明の一実施例による走査形トンネル顕微鏡
の構成を示す図、第２図は試料像の画像表示状態を示す
図、第３図は試料の特性を示すＩ−Ｖカーブを示す図で
ある。 1:試料、2:探針 3:バイアス電源 4x,4y,4z:圧電素子 5:スキャンジエネレータ 6x,6y,6z:圧電素子駆動高圧回路 7:I/V増幅器、8:ログアンプ 9:コンパレータ、10:インテグレータ 11:イメージ増幅器、12:CPUモニタ 13:位置指定回路 14:ポインティングデバイス
の構成を示す図、第２図は試料像の画像表示状態を示す
図、第３図は試料の特性を示すＩ−Ｖカーブを示す図で
ある。 1:試料、2:探針 3:バイアス電源 4x,4y,4z:圧電素子 5:スキャンジエネレータ 6x,6y,6z:圧電素子駆動高圧回路 7:I/V増幅器、8:ログアンプ 9:コンパレータ、10:インテグレータ 11:イメージ増幅器、12:CPUモニタ 13:位置指定回路 14:ポインティングデバイス
Claims (1)
- 【請求項１】試料面に沿ってXY方向に探針を駆動するXY
軸方向駆動手段、試料面との高さを変えるＺ方向に探針
を駆動するＺ軸方向駆動手段、探針と試料との間にバイ
アス電圧を印加するための電圧印加手段、探針と試料と
の間のトンネル電流検出手段、探針の駆動手段を発生し
試料表面の凹凸像を出力する信号処理手段を備え、試料
に探針を近付けてトンネル電流を検出して試料表面の凹
凸像を画像表示装置に表示する走査形トンネル顕微鏡に
おいて、前記試料像に対応して試料面上の複数の測定点
を指定する手段と、該指定された各測定点上に探針を順
次移動させて探針を固定する手段と、前記指定された各
測定点において前記バイアス電圧を掃引する手段と、前
記各測定点で測定されたトンネル電流の信号を平均化処
理する信号処理手段を設けたことを特徴とする走査形ト
ンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160364A JPH0769140B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 走査形トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160364A JPH0769140B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 走査形トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0325301A JPH0325301A (ja) | 1991-02-04 |
| JPH0769140B2 true JPH0769140B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=15713377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1160364A Expired - Fee Related JPH0769140B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | 走査形トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769140B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0615970B2 (ja) * | 1987-09-01 | 1994-03-02 | 三菱重工業株式会社 | ロールプロフィール計測方法 |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP1160364A patent/JPH0769140B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0325301A (ja) | 1991-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |