JPH0989914A - 走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法 - Google Patents
走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法Info
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- JPH0989914A JPH0989914A JP27048995A JP27048995A JPH0989914A JP H0989914 A JPH0989914 A JP H0989914A JP 27048995 A JP27048995 A JP 27048995A JP 27048995 A JP27048995 A JP 27048995A JP H0989914 A JPH0989914 A JP H0989914A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、最先端部が尖鋭で原子像の観察が可
能な分解能を有し、電解液中のＳＴＭ測定において明瞭
な像を得ることのできる走査型トンネル顕微鏡の探針及
びその製造方法を提供することを目的としている。 【解決手段】本発明は、走査型トンネル顕微鏡の探針ま
たはその製造方法において、円錐状に尖らせた導電性探
針の先端部を絶縁性薄膜で覆い、該探針における円錐状
先端の絶縁性薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電
性付与部に前記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形
成したことを特徴とすものである。
能な分解能を有し、電解液中のＳＴＭ測定において明瞭
な像を得ることのできる走査型トンネル顕微鏡の探針及
びその製造方法を提供することを目的としている。 【解決手段】本発明は、走査型トンネル顕微鏡の探針ま
たはその製造方法において、円錐状に尖らせた導電性探
針の先端部を絶縁性薄膜で覆い、該探針における円錐状
先端の絶縁性薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電
性付与部に前記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形
成したことを特徴とすものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は走査型トンネル顕
微鏡（ＳＴＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）において、検出部に用いる探
針およびその製造方法に関する。
微鏡（ＳＴＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）において、検出部に用いる探
針およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】導電性試料表面と金属探針先端をｌｎｍ
程度の距離をおいて対峙させ、これら試料と探針の間に
バイアス電圧を印加するとトンネル電流が流れる。ＳＴ
Ｍはこのトンネル電流を精密に検出し、トンネル電流が
一定になるように試料表面と探針先端間の距離を制御し
て、試料表面の凹凸を原子オーダーで測定するものであ
る。この際、測定する試料表面形状の空間分解能は探針
の先端形状に左右され、できるだけ鋭く（先端曲率半径
５０ｎｍ程度）、かつ探針表面が酸化されておらず、電
導性が良く、トンネル電流密度が高いことが要求され
る。従来ではタングステン細線を電界研磨法により先端
を尖鋭化したものや、白金細線を機械研磨法で先端を尖
鋭化したものを使用していた。一方、溶液中に於てＳＴ
Ｍ観察を行う場合、トンネル電流を検出する探針最先端
部以外に絶縁性が無いと、溶液と探針の間でリーク電流
が流れ、正確なトンネル電流が測定できない。そこで上
記の先端を尖鋭化したタングステン線や白金線に低融点
ガラス等で絶縁膜を形成し、その最先端部の絶縁膜を機
械的に除去した後、その部分に局所的な導電性を付与し
て使用していた。
程度の距離をおいて対峙させ、これら試料と探針の間に
バイアス電圧を印加するとトンネル電流が流れる。ＳＴ
Ｍはこのトンネル電流を精密に検出し、トンネル電流が
一定になるように試料表面と探針先端間の距離を制御し
て、試料表面の凹凸を原子オーダーで測定するものであ
る。この際、測定する試料表面形状の空間分解能は探針
の先端形状に左右され、できるだけ鋭く（先端曲率半径
５０ｎｍ程度）、かつ探針表面が酸化されておらず、電
導性が良く、トンネル電流密度が高いことが要求され
る。従来ではタングステン細線を電界研磨法により先端
を尖鋭化したものや、白金細線を機械研磨法で先端を尖
鋭化したものを使用していた。一方、溶液中に於てＳＴ
Ｍ観察を行う場合、トンネル電流を検出する探針最先端
部以外に絶縁性が無いと、溶液と探針の間でリーク電流
が流れ、正確なトンネル電流が測定できない。そこで上
記の先端を尖鋭化したタングステン線や白金線に低融点
ガラス等で絶縁膜を形成し、その最先端部の絶縁膜を機
械的に除去した後、その部分に局所的な導電性を付与し
て使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように白金探針の場合、機械研磨法により先端を尖鋭
化するが、探針先端の曲率半径を５０ｎｍ程度にするこ
とは非常に難しい。一方、タングステン探針は電界研磨
法により探針先端を尖鋭化し、比較的容易に希望の先端
曲率半径５０ｎｍを得られるが、これによる場合は原子
分解能での再現性は高くなく、像を観察するまでに何回
も探針の交換が必要であった。さらに溶液中に於てＳＴ
Ｍ観察を行う場合の探針は、絶縁コート後、最先端部の
絶縁膜を機械的に除去することで作製されるが、この際
に、尖鋭な先端形状を潰してしまうことが多く生じ、ま
た絶縁膜を除去する際に必要以上に除去され、元の探針
が露出してリーク電流が大きくなるという問題点があっ
た。また、溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場合、探針の
表面に低融点ガラスで絶縁膜を形成するが、この絶縁膜
は成膜時の温度以外にも考慮しなければならないことが
ある。すなわち、電気絶縁性は確実に必要だが，測定時
の溶液のｐＨによっては耐酸性、耐アルカリ性など化学
的安定性も必要となる。また剥離が生じないように探針
との熱膨張係数のマッチングも満たさなければならな
い。このようなことから、これら全ての条件を満たす低
融点ガラスの組成を選択することはきわめて難しいとい
う現状にある。
たように白金探針の場合、機械研磨法により先端を尖鋭
化するが、探針先端の曲率半径を５０ｎｍ程度にするこ
とは非常に難しい。一方、タングステン探針は電界研磨
法により探針先端を尖鋭化し、比較的容易に希望の先端
曲率半径５０ｎｍを得られるが、これによる場合は原子
分解能での再現性は高くなく、像を観察するまでに何回
も探針の交換が必要であった。さらに溶液中に於てＳＴ
Ｍ観察を行う場合の探針は、絶縁コート後、最先端部の
絶縁膜を機械的に除去することで作製されるが、この際
に、尖鋭な先端形状を潰してしまうことが多く生じ、ま
た絶縁膜を除去する際に必要以上に除去され、元の探針
が露出してリーク電流が大きくなるという問題点があっ
た。また、溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場合、探針の
表面に低融点ガラスで絶縁膜を形成するが、この絶縁膜
は成膜時の温度以外にも考慮しなければならないことが
ある。すなわち、電気絶縁性は確実に必要だが，測定時
の溶液のｐＨによっては耐酸性、耐アルカリ性など化学
的安定性も必要となる。また剥離が生じないように探針
との熱膨張係数のマッチングも満たさなければならな
い。このようなことから、これら全ての条件を満たす低
融点ガラスの組成を選択することはきわめて難しいとい
う現状にある。
【０００４】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る問題点を解決し、最先端部が尖鋭で原子像の観察が可
能な分解能を有し、電解液中のＳＴＭ測定において明瞭
な像を得ることのできる走査型トンネル顕微鏡の探針及
びその製造方法を提供することを目的とする。
る問題点を解決し、最先端部が尖鋭で原子像の観察が可
能な分解能を有し、電解液中のＳＴＭ測定において明瞭
な像を得ることのできる走査型トンネル顕微鏡の探針及
びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、最先端部を尖鋭に形成すると共に該最先
端部以外は絶縁性を保持するようにして、原子像の観察
が可能な分解能を有し、溶液中でもトンネル電流を安定
して検出できる走査型トンネル顕微鏡の探針を得るよう
にしたものである。すなわち、本発明の走査型トンネル
顕微鏡の探針は、円錐状に尖らせた導電性探針素材の先
端部を絶縁性薄膜で覆い、該探針素材における円錐状先
端の絶縁性薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電性
付与部に前記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形成
したことを特徴とする。本発明においては、前記円錐状
に尖らせた導電性探針素材は、白金探針によって形成す
ることが好ましく、また、前記絶縁性薄膜は、ＳｉＯ2
薄膜によって形成することが好ましい。さらに、本発明
の走査型トンネル顕微鏡用探針の製造方法は、円錐状に
尖らせた導電性探針素材の先端部に絶縁性ガラス薄膜を
形成し、該探針素材における円錐状先端の絶縁性ガラス
薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電性付与部に前
記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形成したことを
特徴とする。そして、本発明においては、前記絶縁性の
ガラス薄膜は、有機金属を原料としてＳｏｌ−Ｇｅｌ法
によって形成することができる。また、その局所的な導
電性の付与は、前記探針素材における円錐状先端に形成
されたガラス薄膜に、導電性元素をドーピングすること
によって行うことができる。また、その尖鋭な金属針の
形成は、前記導電性付与部に有機金属ガス雰囲気で電子
ビームを照射して該有機金属ガス中の金属を線状に堆積
し、イオンビームにより前記線状に堆積された金属を尖
鋭化することによって行うことができる。
成するために、最先端部を尖鋭に形成すると共に該最先
端部以外は絶縁性を保持するようにして、原子像の観察
が可能な分解能を有し、溶液中でもトンネル電流を安定
して検出できる走査型トンネル顕微鏡の探針を得るよう
にしたものである。すなわち、本発明の走査型トンネル
顕微鏡の探針は、円錐状に尖らせた導電性探針素材の先
端部を絶縁性薄膜で覆い、該探針素材における円錐状先
端の絶縁性薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電性
付与部に前記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形成
したことを特徴とする。本発明においては、前記円錐状
に尖らせた導電性探針素材は、白金探針によって形成す
ることが好ましく、また、前記絶縁性薄膜は、ＳｉＯ2
薄膜によって形成することが好ましい。さらに、本発明
の走査型トンネル顕微鏡用探針の製造方法は、円錐状に
尖らせた導電性探針素材の先端部に絶縁性ガラス薄膜を
形成し、該探針素材における円錐状先端の絶縁性ガラス
薄膜部に局所的に導電性を付与し、該導電性付与部に前
記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属針を形成したことを
特徴とする。そして、本発明においては、前記絶縁性の
ガラス薄膜は、有機金属を原料としてＳｏｌ−Ｇｅｌ法
によって形成することができる。また、その局所的な導
電性の付与は、前記探針素材における円錐状先端に形成
されたガラス薄膜に、導電性元素をドーピングすること
によって行うことができる。また、その尖鋭な金属針の
形成は、前記導電性付与部に有機金属ガス雰囲気で電子
ビームを照射して該有機金属ガス中の金属を線状に堆積
し、イオンビームにより前記線状に堆積された金属を尖
鋭化することによって行うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、上記構成により最先端
部が尖鋭でかつ最先端部以外は絶縁性を保持するため、
原子像の観察が可能な分解能を有し、溶液中でもトンネ
ル電流を安定して検出できる探針を得ることが可能とな
る。以下、図１に示す製作工程に基づいて、本発明にお
ける走査型トンネル顕微鏡の探針、およびその製造方法
を説明をする。 （１）まず、円錐状に尖らせた金属探針素材を準備す
る。この探針１は通常のＳＴＭ用探針である電界研磨法
により作製したタングステン探針や、機械研磨法により
作製した白金探針以外にも、ｌｍｍφの金属ワイヤーを
ニッパで斜めに切断したものなどでも良い。金属ワイヤ
ーの材質はタンタルやモリブデン、アルミニウム、ニッ
ケルなどを使用することができる。上記の中で最適なの
は機械研磨法により作製した白金探針である。これは次
の工程で探針表面に絶縁膜２を形成する際、白金とガラ
スの線膨張率がほぼ等しいためガラスとの接合が容易で
あるうえ、酸化しにくいことが挙げられる。
部が尖鋭でかつ最先端部以外は絶縁性を保持するため、
原子像の観察が可能な分解能を有し、溶液中でもトンネ
ル電流を安定して検出できる探針を得ることが可能とな
る。以下、図１に示す製作工程に基づいて、本発明にお
ける走査型トンネル顕微鏡の探針、およびその製造方法
を説明をする。 （１）まず、円錐状に尖らせた金属探針素材を準備す
る。この探針１は通常のＳＴＭ用探針である電界研磨法
により作製したタングステン探針や、機械研磨法により
作製した白金探針以外にも、ｌｍｍφの金属ワイヤーを
ニッパで斜めに切断したものなどでも良い。金属ワイヤ
ーの材質はタンタルやモリブデン、アルミニウム、ニッ
ケルなどを使用することができる。上記の中で最適なの
は機械研磨法により作製した白金探針である。これは次
の工程で探針表面に絶縁膜２を形成する際、白金とガラ
スの線膨張率がほぼ等しいためガラスとの接合が容易で
あるうえ、酸化しにくいことが挙げられる。
【０００７】（２）次いでこの探針１の表面に絶縁膜２
を形成する方法を説明する。絶縁膜２は探針１の酸化防
止、耐酸性、耐アルカリ性を考慮してＳｉＯ2薄膜とす
る。ところが白金の融点が１７７０℃であるのに対し、
ＳｉＯ2の融解には１８００℃以上の高温が必要であ
る。そこでＳｉＯ2薄膜の作製は、金属アルコキシドを
原料とするＳｏｌ−Ｇｅｌ法に基づきディップコーティ
ングにより作製する。まず原料のテトラエトキシシラン
（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）をエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）と
水（Ｈ2Ｏ）の溶液に溶かし、酸触媒（ＨＣｌ）を微量
加えたものをコーティング用の溶液とする。この溶液に
探針１を先端から浸漬し、ゆっくり引き上げる（ｄｉｐ
−ｃｏａｔｉｎｇ）。この探針１を３００〜４５０℃で
熱処理することで膜厚１００〜３００ｎｍのＳｉＯ2絶
縁膜２を作製した。膜厚は溶液の濃度や粘度（Ｈｙｄｒ
ｏｘｙ−ｐｒｏｐｙｌｃｅｌｌｏｓｅ（ｈｐｃ）などの
増粘剤で調整）、ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ時のスピード
などで変化させることができるが、次の工程でイオン注
入を行うことから２００〜４００ｎｍ程度の厚みが好ま
しい。また溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場合、溶液の
組成によっては絶縁膜２の組成も変化させることができ
る。たとえば、耐アルカリ性を高める必要のあるときは
ＺｒＯ2を導入しＳｉＯ2−ＺｒＯ2系ガラス薄膜にする
と良いし、Ｎａ+の拡散を防ぐ必要のある場合にはＳｉ
Ｏ2にＮを導入するとよい。
を形成する方法を説明する。絶縁膜２は探針１の酸化防
止、耐酸性、耐アルカリ性を考慮してＳｉＯ2薄膜とす
る。ところが白金の融点が１７７０℃であるのに対し、
ＳｉＯ2の融解には１８００℃以上の高温が必要であ
る。そこでＳｉＯ2薄膜の作製は、金属アルコキシドを
原料とするＳｏｌ−Ｇｅｌ法に基づきディップコーティ
ングにより作製する。まず原料のテトラエトキシシラン
（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）をエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）と
水（Ｈ2Ｏ）の溶液に溶かし、酸触媒（ＨＣｌ）を微量
加えたものをコーティング用の溶液とする。この溶液に
探針１を先端から浸漬し、ゆっくり引き上げる（ｄｉｐ
−ｃｏａｔｉｎｇ）。この探針１を３００〜４５０℃で
熱処理することで膜厚１００〜３００ｎｍのＳｉＯ2絶
縁膜２を作製した。膜厚は溶液の濃度や粘度（Ｈｙｄｒ
ｏｘｙ−ｐｒｏｐｙｌｃｅｌｌｏｓｅ（ｈｐｃ）などの
増粘剤で調整）、ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎｇ時のスピード
などで変化させることができるが、次の工程でイオン注
入を行うことから２００〜４００ｎｍ程度の厚みが好ま
しい。また溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場合、溶液の
組成によっては絶縁膜２の組成も変化させることができ
る。たとえば、耐アルカリ性を高める必要のあるときは
ＺｒＯ2を導入しＳｉＯ2−ＺｒＯ2系ガラス薄膜にする
と良いし、Ｎａ+の拡散を防ぐ必要のある場合にはＳｉ
Ｏ2にＮを導入するとよい。
【０００８】（３）次にこの絶縁コートした探針１の最
先端部に導電性を付与する方法としてイオン注入を行
う。打ち込むイオンは導電性を付与できる元素であれば
何でもよいが、ビームをｌμｍに絞って探針１の最先端
部に照射することにより、絶縁膜の最先端部（元素注入
部３）に導電性を付与する。またイオン注入加速電圧を
可変して、深い所から浅い方へと導電部を作製すること
もできる。さらに，工程（２）で熱処理前にイオン注入
を行うことにより、注入加速電圧を下げることができる
が、その後の熱処理で導電性イオンが拡散してしまうこ
とがあるので注意が必要である。
先端部に導電性を付与する方法としてイオン注入を行
う。打ち込むイオンは導電性を付与できる元素であれば
何でもよいが、ビームをｌμｍに絞って探針１の最先端
部に照射することにより、絶縁膜の最先端部（元素注入
部３）に導電性を付与する。またイオン注入加速電圧を
可変して、深い所から浅い方へと導電部を作製すること
もできる。さらに，工程（２）で熱処理前にイオン注入
を行うことにより、注入加速電圧を下げることができる
が、その後の熱処理で導電性イオンが拡散してしまうこ
とがあるので注意が必要である。
【０００９】（４）次いで工程（３）で作製した元素注
入部３に尖鋭な探針を形成する方法を述べる。まずタン
グステンや白金、タンタルなどの元素を核とする有機金
属ガス雰囲気中で、元素注入部３に電子線を照射した。
この際、電子線を探針１の軸方向から、５０ｎｍ〜１０
０ｎｍに絞ったビームで照射することにより、有機金属
ガスが分解され金属元素のみが元素注入部３に接してワ
イヤー状に堆積する。この堆積金属４は２５０〜３５０
ｎｍφ、長さ５００〜７００ｎｍ程度である。
入部３に尖鋭な探針を形成する方法を述べる。まずタン
グステンや白金、タンタルなどの元素を核とする有機金
属ガス雰囲気中で、元素注入部３に電子線を照射した。
この際、電子線を探針１の軸方向から、５０ｎｍ〜１０
０ｎｍに絞ったビームで照射することにより、有機金属
ガスが分解され金属元素のみが元素注入部３に接してワ
イヤー状に堆積する。この堆積金属４は２５０〜３５０
ｎｍφ、長さ５００〜７００ｎｍ程度である。
【００１０】（５）最後に工程（４）で形成した堆積金
属４にＧａなどのイオンビームを照射して削り、円錐状
の成形探針先端部５を作製する。また工程（４）および
（５）の条件を変化させることにより、測定対象試料の
形状に対応させることも可能である。たとえば凹凸の激
しい試料用には、工程（４）で長めの堆積金属４を形成
し、工程（５）で鋭く削りだすことで対応できる。
属４にＧａなどのイオンビームを照射して削り、円錐状
の成形探針先端部５を作製する。また工程（４）および
（５）の条件を変化させることにより、測定対象試料の
形状に対応させることも可能である。たとえば凹凸の激
しい試料用には、工程（４）で長めの堆積金属４を形成
し、工程（５）で鋭く削りだすことで対応できる。
【００１１】以上の探針製造方法により、本発明による
探針は図２に示す構造となる、測定対象試料と成形探針
先端５との間でトンネル現象が生じると、トンネル電流
は成形探針先端部５から元素注入部３を介して探針１に
流れ検出される。また溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場
合、絶縁薄膜２から先端までを液中に浸漬し測定する。
この際、溶液と接する導電性部分は成形探針先端５のみ
となり、溶液を介したリーク電流を非常に小さくするこ
とができる。
探針は図２に示す構造となる、測定対象試料と成形探針
先端５との間でトンネル現象が生じると、トンネル電流
は成形探針先端部５から元素注入部３を介して探針１に
流れ検出される。また溶液中に於てＳＴＭ観察を行う場
合、絶縁薄膜２から先端までを液中に浸漬し測定する。
この際、溶液と接する導電性部分は成形探針先端５のみ
となり、溶液を介したリーク電流を非常に小さくするこ
とができる。
【００１２】
【実施例】以下、図１に示す製作工程を参照しつつ、本
発明における実施例を説明する。まず金属探針素材１と
して機械研磨法により作製した白金探針を用い、これに
絶縁薄膜コーティングを行う。絶縁膜２はＳｉＯ2薄膜
とする。まず原料のテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ
2Ｈ5）4）１０ｇをエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）１５ｇと
水（Ｈ2Ｏ）９．５ｇの溶液に溶かし、酸触媒（ＨＣ
ｌ）０．ｌｇを加えたものをコーティング用の溶液とす
る。この溶液に探針１を先端から浸漬し、１０ｃｍ／ｍ
ｉｎのスビードで引き上げる（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎ
ｇ）。この探針１を４００℃で熱処理することで膜厚２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜２を作製した。
発明における実施例を説明する。まず金属探針素材１と
して機械研磨法により作製した白金探針を用い、これに
絶縁薄膜コーティングを行う。絶縁膜２はＳｉＯ2薄膜
とする。まず原料のテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ
2Ｈ5）4）１０ｇをエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）１５ｇと
水（Ｈ2Ｏ）９．５ｇの溶液に溶かし、酸触媒（ＨＣ
ｌ）０．ｌｇを加えたものをコーティング用の溶液とす
る。この溶液に探針１を先端から浸漬し、１０ｃｍ／ｍ
ｉｎのスビードで引き上げる（ｄｉｐ−ｃｏａｔｉｎ
ｇ）。この探針１を４００℃で熱処理することで膜厚２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜２を作製した。
【００１３】次にこの絶縁コートした探針１の最先端部
にイオン注入を行った。注入イオンにＣｒを選択し、注
入量は１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 、イオン注入加速電
圧は１４０ｋＶで、ビームをｌμｍに絞って探針１の最
先端部に照射することにより、絶縁膜の最先端部（元素
注入部３）に導電性を付与することができた。次いで元
素注入部３に尖鋭な探針を形成する。まずＷ（ＣＯ）6
雰囲気中で、元素注入部３に電子線を照射した。この
際、電子線を探針１の軸方向から、５０ｎｍ〜１００ｎ
ｍに絞ったビームで照射することにより、Ｗ（ＣＯ）6
が分解され金属Ｗのみが元素注入部３に接してワイヤー
状に堆積する。この金属Ｗ４は２５０φ、長さ５００ｎ
ｍ程度であった。最後に堆積した金属Ｗ４にＧａイオン
ビームを５００ｎｍ〜２５ｎｍ以下に絞り照射して削
り、円錐状の成形探針先端部５を作製した。
にイオン注入を行った。注入イオンにＣｒを選択し、注
入量は１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 、イオン注入加速電
圧は１４０ｋＶで、ビームをｌμｍに絞って探針１の最
先端部に照射することにより、絶縁膜の最先端部（元素
注入部３）に導電性を付与することができた。次いで元
素注入部３に尖鋭な探針を形成する。まずＷ（ＣＯ）6
雰囲気中で、元素注入部３に電子線を照射した。この
際、電子線を探針１の軸方向から、５０ｎｍ〜１００ｎ
ｍに絞ったビームで照射することにより、Ｗ（ＣＯ）6
が分解され金属Ｗのみが元素注入部３に接してワイヤー
状に堆積する。この金属Ｗ４は２５０φ、長さ５００ｎ
ｍ程度であった。最後に堆積した金属Ｗ４にＧａイオン
ビームを５００ｎｍ〜２５ｎｍ以下に絞り照射して削
り、円錐状の成形探針先端部５を作製した。
【００１４】この探針を用いてＨＯＰＧ（Ｈｉｇｈｌｙ
Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈ
ｉｔｅ）のＳＴＭ像を観察したところ、明瞭な原子像を
得ることができた。従って探針１と絶縁物薄膜内の元素
注入部３および堆積金属を成形した探針先端部５の３つ
の部分は電気的に導通が取れていることが確認できた。
また通常の電解研磨法により作製したタングステン探針
と比較すると、本発明による探針の方が再現性の良い結
果が得られることから、探針先端部５は十分に尖鋭であ
ることが分かった。さらに本発明による探針の絶縁膜部
２から探針先端部５を電解液中に浸漬し、探針１と電解
液の間に電圧を１Ｖ印加したところ、測定電流値は０．
１ｎＡ以下であった。この結果、電解液中でのＳＴＭ測
定も問題なく明瞭な像を得られることが分かった。
Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈ
ｉｔｅ）のＳＴＭ像を観察したところ、明瞭な原子像を
得ることができた。従って探針１と絶縁物薄膜内の元素
注入部３および堆積金属を成形した探針先端部５の３つ
の部分は電気的に導通が取れていることが確認できた。
また通常の電解研磨法により作製したタングステン探針
と比較すると、本発明による探針の方が再現性の良い結
果が得られることから、探針先端部５は十分に尖鋭であ
ることが分かった。さらに本発明による探針の絶縁膜部
２から探針先端部５を電解液中に浸漬し、探針１と電解
液の間に電圧を１Ｖ印加したところ、測定電流値は０．
１ｎＡ以下であった。この結果、電解液中でのＳＴＭ測
定も問題なく明瞭な像を得られることが分かった。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上の構成により、最先端部
が尖鋭で原子像の観察が可能な分解能を有し、また最先
端部以外は絶縁性を保持するため、電解液中のＳＴＭ測
定においてもトンネル電流を安定して検出することがで
き、明瞭な像を得ることができる。さらに、本発明は、
探針の先端部を覆う絶縁性薄膜を、ＳｉＯ2絶縁膜をＳ
ｏｌ−Ｇｅｌ法により形成することにより、耐酸性、耐
アルカリ性共に十分に確保でき、溶液のｐＨの値にかか
わらず正確な測定を行うことができる。
が尖鋭で原子像の観察が可能な分解能を有し、また最先
端部以外は絶縁性を保持するため、電解液中のＳＴＭ測
定においてもトンネル電流を安定して検出することがで
き、明瞭な像を得ることができる。さらに、本発明は、
探針の先端部を覆う絶縁性薄膜を、ＳｉＯ2絶縁膜をＳ
ｏｌ−Ｇｅｌ法により形成することにより、耐酸性、耐
アルカリ性共に十分に確保でき、溶液のｐＨの値にかか
わらず正確な測定を行うことができる。
【図１】本発明の探針作製工程を説明するための図であ
る。
る。
１・・・探針（通常のＳＴＭ探針） ２・・・絶縁薄膜 ３・・・元素注入部 ４・・・堆積金属 ５・・・成形探針先端
Claims (7)
- 【請求項１】 走査型トンネル顕微鏡の探針において、
円錐状に尖らせた導電性探針素材の先端部を絶縁性薄膜
で覆い、該探針素材における円錐状先端の絶縁性薄膜部
に局所的に導電性を付与し、該導電性付与部に前記円錐
状先端よりさらに尖鋭な金属針を形成したことを特徴と
する走査型トンネル顕微鏡の探針。 - 【請求項２】 前記円錐状に尖らせた導電性探針素材
は、白金探針によって形成されていることを特徴とする
請求項１に記載の走査型トンネル顕微鏡の探針。 - 【請求項３】 前記絶縁性薄膜は、ＳｉＯ2薄膜によっ
て形成されていることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の走査型トンネル顕微鏡の探針。 - 【請求項４】 走査型トンネル顕微鏡用探針の製造方法
において、円錐状に尖らせた導電性探針素材の先端部に
絶縁性ガラス薄膜を形成し、該探針素材における円錐状
先端の絶縁性ガラス薄膜部に局所的に導電性を付与し、
該導電性付与部に前記円錐状先端よりさらに尖鋭な金属
針を形成したことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡用
探針の製造方法。 - 【請求項５】 前記絶縁性のガラス薄膜は、有機金属を
原料としてＳｏｌ−Ｇｅｌ法によって形成することを特
徴とする請求項４に記載の走査型トンネル顕微鏡用探針
の製造方法。 - 【請求項６】 前記局所的な導電性の付与は、前記探針
素材における円錐状先端に形成されたガラス薄膜に、導
電性元素をドーピングすることによって行われることを
特徴とする請求項４または請求項５に記載の走査型トン
ネル顕微鏡用探針の製造方法。 - 【請求項７】 前記尖鋭な金属針の形成は、前記導電性
付与部に有機金属ガス雰囲気で電子ビームを照射して該
有機金属ガス中の金属を線状に堆積し、イオンビームに
より前記線状に堆積された金属を尖鋭化することによっ
て行われることを特徴とする請求項４〜請求項６のいず
れか１項に記載の走査型トンネル顕微鏡用探針の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27048995A JPH0989914A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27048995A JPH0989914A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989914A true JPH0989914A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17487003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27048995A Pending JPH0989914A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 走査型トンネル顕微鏡の探針及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989914A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100679620B1 (ko) * | 2005-01-25 | 2007-02-06 | 한국표준과학연구원 | Ａｆｍ 나노튜브 탐침의 제조 방법 및 그러한 방법에 의해제조되는 ａｆｍ 나노튜브 탐침 |
| KR101290060B1 (ko) * | 2011-09-08 | 2013-07-26 | 명지대학교 산학협력단 | 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경 |
| KR101435630B1 (ko) * | 2012-07-25 | 2014-08-28 | 전북대학교산학협력단 | 주사 정전용량 현미경용 탐침 |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP27048995A patent/JPH0989914A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100679620B1 (ko) * | 2005-01-25 | 2007-02-06 | 한국표준과학연구원 | Ａｆｍ 나노튜브 탐침의 제조 방법 및 그러한 방법에 의해제조되는 ａｆｍ 나노튜브 탐침 |
| KR101290060B1 (ko) * | 2011-09-08 | 2013-07-26 | 명지대학교 산학협력단 | 절연막이 코팅된 전도성 탐침을 이용한 액상 정전기력 현미경 |
| KR101435630B1 (ko) * | 2012-07-25 | 2014-08-28 | 전북대학교산학협력단 | 주사 정전용량 현미경용 탐침 |
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