JP2875066B2 - トンネル顕微鏡用探針清浄化装置 - Google Patents
トンネル顕微鏡用探針清浄化装置Info
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- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、探針を３次元的に駆動
して試料にｎｍオーダで接近させ、そのときのトンネル
電流を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）用探針
のクリーニング装置に関するものである。
して試料にｎｍオーダで接近させ、そのときのトンネル
電流を検出する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）用探針
のクリーニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】探針先端の原子と試料の原子との電子雲
とが重なり合うｎｍオーダまで探針の先端を試料表面に
近づけ、この状態で探針と試料との間にバイアス電圧を
印加すると、探針と試料間にトンネル電流が流れる。こ
の電流は、特に、探針と試料との間の距離（探針の高
さ）に依存するため、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に測定する
ことができる。
とが重なり合うｎｍオーダまで探針の先端を試料表面に
近づけ、この状態で探針と試料との間にバイアス電圧を
印加すると、探針と試料間にトンネル電流が流れる。こ
の電流は、特に、探針と試料との間の距離（探針の高
さ）に依存するため、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に測定する
ことができる。
【０００３】ＳＴＭは、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、表面原子配列を解析する上で注目
されている装置である。また、ＳＴＭは、表面分析の手
段として定着しつつあり、さらに、その応用分野も表面
の原子位置を調べる顕微鏡法のみならず、表面の電子状
態を局所的に調べる分光法の分野にも広がってきてい
る。しかも、ＳＴＭは、その原理、機構の簡便さ、さら
に装置サイズも小さいことから短期間に各種の分野に応
用されて普及してきており、例えば、表面の原子・分子
レベルを含めた凹凸像の観察を始め、原子間力を利用し
た原子間力顕微鏡、磁気力を利用した磁気力顕微鏡、金
属／半導体・半導体／半導体などの界面の電子構造の情
報が得られるバリステック顕微鏡などがあり、またデバ
イス分野における表面粗さ計、超微細加工装置への応用
などもある。しかし、ＳＴＭがトンネル効果による電流
を使用している装置であるため、探針と試料の表面状態
が安定な画像を得るための重要な要因となる。しかし、
例えば、探針先端には水蒸気、ハイドロカーボン等が付
着し、試料表面の凹凸像の質が悪化してしまう。
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、表面原子配列を解析する上で注目
されている装置である。また、ＳＴＭは、表面分析の手
段として定着しつつあり、さらに、その応用分野も表面
の原子位置を調べる顕微鏡法のみならず、表面の電子状
態を局所的に調べる分光法の分野にも広がってきてい
る。しかも、ＳＴＭは、その原理、機構の簡便さ、さら
に装置サイズも小さいことから短期間に各種の分野に応
用されて普及してきており、例えば、表面の原子・分子
レベルを含めた凹凸像の観察を始め、原子間力を利用し
た原子間力顕微鏡、磁気力を利用した磁気力顕微鏡、金
属／半導体・半導体／半導体などの界面の電子構造の情
報が得られるバリステック顕微鏡などがあり、またデバ
イス分野における表面粗さ計、超微細加工装置への応用
などもある。しかし、ＳＴＭがトンネル効果による電流
を使用している装置であるため、探針と試料の表面状態
が安定な画像を得るための重要な要因となる。しかし、
例えば、探針先端には水蒸気、ハイドロカーボン等が付
着し、試料表面の凹凸像の質が悪化してしまう。
【０００４】そこで、探針をクリーニングする必要が生
ずるが、これまでの探針クリーニング方式としては、探
針をトンネル顕微鏡装置にセットした状態で装置全体を
焼き出す方法、ＦＩＭ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ）法、イオンスパッタ法などが行われてい
る。
ずるが、これまでの探針クリーニング方式としては、探
針をトンネル顕微鏡装置にセットした状態で装置全体を
焼き出す方法、ＦＩＭ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ）法、イオンスパッタ法などが行われてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、装置全体を焼
き出す方法では十分な清浄化を行うことはできず、また
ＦＩＭ法やイオンスパッタ法では一旦探針を取外してク
リーニングする必要があり、そのため探針を汚してしま
ったり、清浄化して探針をＳＴＭに取付けたときに探針
先端が試料面に垂直にセットされず、正確に試料の観察
面とならない場合も生じ、また装置が大型化してしまう
という問題もある。
き出す方法では十分な清浄化を行うことはできず、また
ＦＩＭ法やイオンスパッタ法では一旦探針を取外してク
リーニングする必要があり、そのため探針を汚してしま
ったり、清浄化して探針をＳＴＭに取付けたときに探針
先端が試料面に垂直にセットされず、正確に試料の観察
面とならない場合も生じ、また装置が大型化してしまう
という問題もある。
【０００６】これまでのように、探針をトンネル電流が
一定になるように制御しながら試料表面を走査すること
によって試料の表面凹凸像を観察するのであれば、一定
のシーケンスにしたがって３次元スキャナの各圧電素子
を制御するだけでよいが、ＳＴＭを走査型トンネル電子
分光法として使用してスペクトルをとる必要がある場
合、試料と探針の対向する表面が原子レベルで清浄であ
る必要があり、探針のクリーニングについての簡便な方
法の開発が望まれている。
一定になるように制御しながら試料表面を走査すること
によって試料の表面凹凸像を観察するのであれば、一定
のシーケンスにしたがって３次元スキャナの各圧電素子
を制御するだけでよいが、ＳＴＭを走査型トンネル電子
分光法として使用してスペクトルをとる必要がある場
合、試料と探針の対向する表面が原子レベルで清浄であ
る必要があり、探針のクリーニングについての簡便な方
法の開発が望まれている。
【０００７】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、既に組み込まれている試料加熱用の端子を利用し、
探針を取り外さずにそのままの状態で極めて簡便にクリ
ーニングすることができるトンネル顕微鏡用探針清浄化
装置を提供することを目的とする。
で、既に組み込まれている試料加熱用の端子を利用し、
探針を取り外さずにそのままの状態で極めて簡便にクリ
ーニングすることができるトンネル顕微鏡用探針清浄化
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は探針を３次元的
に駆動し、試料に探針を近づけてトンネル電流を検出す
る走査型トンネル顕微鏡において、探針と対向する位置
に試料を固定するカートリッジ型試料ホルダに探針加熱
用ヒータを設けて加熱用ホルダを構成し、前記ヒータに
通電することにより探針を加熱クリーニングすることを
特徴とする。
に駆動し、試料に探針を近づけてトンネル電流を検出す
る走査型トンネル顕微鏡において、探針と対向する位置
に試料を固定するカートリッジ型試料ホルダに探針加熱
用ヒータを設けて加熱用ホルダを構成し、前記ヒータに
通電することにより探針を加熱クリーニングすることを
特徴とする。
【０００９】また、本発明は、探針との間に高電圧を印
加する電極を配置し、探針に高電圧を印加しながら加熱
することを特徴とする。
加する電極を配置し、探針に高電圧を印加しながら加熱
することを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明のトンネル顕微鏡用探針清浄化装置は、
試料加熱、バイアス電圧の印加、トンネル電流の検出等
のための端子を有するカートリッジ型の試料ホルダに加
熱用ヒータを設けて試料ホルダと同一形状の加熱用ホル
ダを構成し、試料ホルダと加熱用ホルダの交換のみによ
って探針をスキャナヘッドから取り外すことなく、間接
的に加熱クリーニングすることができる。また、探針と
対向する電極を設けて高電圧を印加することにより、探
針先端のクリーニングとともに、形状をリモルドするこ
とも可能であり、また探針に金属イオン源を付けて加熱
することにより、試料に対して金属を蒸着させることも
可能である。
試料加熱、バイアス電圧の印加、トンネル電流の検出等
のための端子を有するカートリッジ型の試料ホルダに加
熱用ヒータを設けて試料ホルダと同一形状の加熱用ホル
ダを構成し、試料ホルダと加熱用ホルダの交換のみによ
って探針をスキャナヘッドから取り外すことなく、間接
的に加熱クリーニングすることができる。また、探針と
対向する電極を設けて高電圧を印加することにより、探
針先端のクリーニングとともに、形状をリモルドするこ
とも可能であり、また探針に金属イオン源を付けて加熱
することにより、試料に対して金属を蒸着させることも
可能である。
【００１１】
【実施例】図１は本発明のトンネル顕微鏡用探針清浄化
装置の１実施例を示す図である。図中、１は加熱ホル
ダ、２ａ、２ｂは電流導入端子、３はヒータ、４は外部
ホルダ、５は絶縁碍子、６、７はステージ電極部、８は
探針、９は探針ホルダ、１０は圧電走査素子、１１は固
定ホルダ、１２はマグネティックローダである。
装置の１実施例を示す図である。図中、１は加熱ホル
ダ、２ａ、２ｂは電流導入端子、３はヒータ、４は外部
ホルダ、５は絶縁碍子、６、７はステージ電極部、８は
探針、９は探針ホルダ、１０は圧電走査素子、１１は固
定ホルダ、１２はマグネティックローダである。
【００１２】加熱ホルダ１は、外部ホルダ４に取り付け
られた絶縁碍子５の端部に電流導入端子２ａ、２ｂが設
けられており、通常は絶縁碍子５上に試料が取付けられ
てカートリッジタイプの試料ホルダとして機能するもの
である。この加熱ホルダ１は、マグネティックローダ１
２に外部ホルダ４がネジ止めされ、真空外から図示しな
い磁石によりマグネティックローダ１２を操作すること
により移動させることができ、試料ステージ（図示せ
ず）の電極部６、７に装着される。加熱ホルダ１の電流
導入端子２ａ、２ｂは試料加熱、トンネル電流の検出、
バイアス電圧印加用等に使用されるものである。
られた絶縁碍子５の端部に電流導入端子２ａ、２ｂが設
けられており、通常は絶縁碍子５上に試料が取付けられ
てカートリッジタイプの試料ホルダとして機能するもの
である。この加熱ホルダ１は、マグネティックローダ１
２に外部ホルダ４がネジ止めされ、真空外から図示しな
い磁石によりマグネティックローダ１２を操作すること
により移動させることができ、試料ステージ（図示せ
ず）の電極部６、７に装着される。加熱ホルダ１の電流
導入端子２ａ、２ｂは試料加熱、トンネル電流の検出、
バイアス電圧印加用等に使用されるものである。
【００１３】図１は、既存の試料ホルダに探針加熱用の
ヒータ３を取りつけて加熱ホルダとしたものであり、本
実施例ではヒータとしてタングステン線などの高融点線
材を用いる。このタングステン線はコイル状に巻かれて
おり、マグネティックローダ１２を操作して試料ホルダ
１をステージ電極部６、７に装着するとホルダ側の電流
導入端子２ａ、２ｂはステージ電極部に接触するので、
ステージ電極部を通して通電し、加熱することができ
る。したがって、対向する圧電走査素子１０に取付けら
れている探針３をコイル内に挿入することにより加熱ク
リーニングが可能になる。このように、既存の試料ホル
ダに、単にヒータを設けるだけで、通常の試料加熱のよ
うな方法で探針を取り外すことなく加熱クリーニングす
ることができる。
ヒータ３を取りつけて加熱ホルダとしたものであり、本
実施例ではヒータとしてタングステン線などの高融点線
材を用いる。このタングステン線はコイル状に巻かれて
おり、マグネティックローダ１２を操作して試料ホルダ
１をステージ電極部６、７に装着するとホルダ側の電流
導入端子２ａ、２ｂはステージ電極部に接触するので、
ステージ電極部を通して通電し、加熱することができ
る。したがって、対向する圧電走査素子１０に取付けら
れている探針３をコイル内に挿入することにより加熱ク
リーニングが可能になる。このように、既存の試料ホル
ダに、単にヒータを設けるだけで、通常の試料加熱のよ
うな方法で探針を取り外すことなく加熱クリーニングす
ることができる。
【００１４】図２は加熱ホルダの例を示す図である。図
２に示す加熱ホルダは、ヒータ３がコイル状であり、マ
グネティックローダと嵌合する外部ホルダ４が絶縁碍子
５の周囲に環状に設けられており、マグネティックロー
ダの先端を外部ホルダ４の内側または外側に押し込んで
嵌合させ、図示しない真空外の磁石により加熱ホルダを
電極ステージに装着し、探針先端をコイル内にセットし
て電流導入端子２ａ、２ｂを通して通電することにより
ヒータ３で探針を加熱クリーニングする。
２に示す加熱ホルダは、ヒータ３がコイル状であり、マ
グネティックローダと嵌合する外部ホルダ４が絶縁碍子
５の周囲に環状に設けられており、マグネティックロー
ダの先端を外部ホルダ４の内側または外側に押し込んで
嵌合させ、図示しない真空外の磁石により加熱ホルダを
電極ステージに装着し、探針先端をコイル内にセットし
て電流導入端子２ａ、２ｂを通して通電することにより
ヒータ３で探針を加熱クリーニングする。
【００１５】図３は加熱ホルダの他の例を示す図であ
る。図３に示すホルダはヒータ３がカップ状のものであ
り、図２の場合と同様に探針先端をヒータカップに入れ
て加熱することによりクリーニングすることができる。
図４は本発明の他の実施例を示す図である。本実施例は
図１に示すようなヒータに探針を挿入したときに、探針
に対向した位置に外部電源から高電圧が印加できる針状
電極１３を配置したものであり、外部電源から高電圧を
印加することにより電界蒸発により探針先端を清浄化す
ることができ、また探針先端を安定した形状にリモルド
することも可能である。
る。図３に示すホルダはヒータ３がカップ状のものであ
り、図２の場合と同様に探針先端をヒータカップに入れ
て加熱することによりクリーニングすることができる。
図４は本発明の他の実施例を示す図である。本実施例は
図１に示すようなヒータに探針を挿入したときに、探針
に対向した位置に外部電源から高電圧が印加できる針状
電極１３を配置したものであり、外部電源から高電圧を
印加することにより電界蒸発により探針先端を清浄化す
ることができ、また探針先端を安定した形状にリモルド
することも可能である。
【００１６】図５はヒータ３に探針を挿入したときに、
探針に対向した位置に金属プレート１４を対向電極とし
て用いた例を示している。
探針に対向した位置に金属プレート１４を対向電極とし
て用いた例を示している。
【００１７】本実施例では金属プレート１４に探針をｎ
ｍオーダで接近させ、金属プレートと探針間のトンネル
電流を検出して金属プレート１４表面のＳＴＭ像を観察
しながら探針をクリーニングすることが可能である。ま
た、探針にガリウムやゲルマニウムなどの金属イオン源
１５を付けることにより、試料に対して金属が蒸着して
いく様子も観察することが可能となる。
ｍオーダで接近させ、金属プレートと探針間のトンネル
電流を検出して金属プレート１４表面のＳＴＭ像を観察
しながら探針をクリーニングすることが可能である。ま
た、探針にガリウムやゲルマニウムなどの金属イオン源
１５を付けることにより、試料に対して金属が蒸着して
いく様子も観察することが可能となる。
【００１８】なお、上記実施例では超高真空に保持した
状態でクリーニングを行う例について説明したが、探針
の周囲のみガスを導入する機構を設け、プラズマ放電を
起こさせて探針先端をエッチングすることにより清浄化
するようにしてもよい。
状態でクリーニングを行う例について説明したが、探針
の周囲のみガスを導入する機構を設け、プラズマ放電を
起こさせて探針先端をエッチングすることにより清浄化
するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、既存の試
料ホルダを利用して探針加熱用ヒータを取り付けて加熱
ホルダを構成し、探針加熱することにより簡単にクリー
ニングすることができ、また、金属イオン源等を探針に
付けて加熱することにより、試料に対して金属を蒸着す
ることができるので蒸着の様子等を観察することが可能
となり、また高電圧を印加しながら探針を加熱すること
により、探針先端を電界蒸発を利用して清浄化すること
ができる。
料ホルダを利用して探針加熱用ヒータを取り付けて加熱
ホルダを構成し、探針加熱することにより簡単にクリー
ニングすることができ、また、金属イオン源等を探針に
付けて加熱することにより、試料に対して金属を蒸着す
ることができるので蒸着の様子等を観察することが可能
となり、また高電圧を印加しながら探針を加熱すること
により、探針先端を電界蒸発を利用して清浄化すること
ができる。
【図１】 トンネル顕微鏡用探針清浄化装置の１実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 コイルヒータを用いた加熱ホルダの例を示す
図である。
図である。
【図３】 カップヒータを用いた加熱ホルダの例を示す
図である。
図である。
【図４】 電解蒸発を利用したクリーニングを説明する
図である。
図である。
【図５】 ＳＴＭ像を観察しながらクリーニングする例
を示す図である。
を示す図である。
１…加熱ホルダ、２ａ、２ｂ…電流導入端子、３…ヒー
タ、４…外部ホルダ、５…絶縁碍子、６、７…ステージ
電極部、８…探針、９…探針ホルダ、１０…圧電走査素
子、１１…固定ホルダ、１２…マグネティックローダ。
タ、４…外部ホルダ、５…絶縁碍子、６、７…ステージ
電極部、８…探針、９…探針ホルダ、１０…圧電走査素
子、１１…固定ホルダ、１２…マグネティックローダ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/34
Claims (2)
- 【請求項１】 探針を３次元的に駆動し、試料に探針を
近づけてトンネル電流を検出する走査型トンネル顕微鏡
において、探針と対向する位置に試料を固定するカート
リッジ型試料ホルダに探針加熱用ヒータを設けて加熱用
ホルダを構成し、前記ヒータに通電することにより探針
を加熱クリーニングすることを特徴とするトンネル顕微
鏡用探針清浄化装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置において、探針との
間に高電圧を印加する電極を配置し、探針に高電圧を印
加しながら加熱することを特徴とするトンネル顕微鏡用
探針清浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17407891A JP2875066B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | トンネル顕微鏡用探針清浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17407891A JP2875066B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | トンネル顕微鏡用探針清浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518706A JPH0518706A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2875066B2 true JP2875066B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=15972266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17407891A Expired - Fee Related JP2875066B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | トンネル顕微鏡用探針清浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2875066B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200531420A (en) | 2004-02-20 | 2005-09-16 | Zyvex Corp | Positioning device for microscopic motion |
| US7285778B2 (en) * | 2004-02-23 | 2007-10-23 | Zyvex Corporation | Probe current imaging |
| US7361893B1 (en) * | 2005-09-30 | 2008-04-22 | Ut-Battelle, Llc | In situ scanning tunneling microscope tip treatment device for spin polarization imaging |
| CN107560573B (zh) * | 2017-08-31 | 2019-08-09 | 安徽理工大学 | 一种悬丝式可变刚度微纳测头 |
| CN114392985B (zh) * | 2022-01-19 | 2023-10-10 | 南京理工大学 | 一种利用特斯拉线圈清理三维原子探针近局域电极的方法 |
-
1991
- 1991-07-15 JP JP17407891A patent/JP2875066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518706A (ja) | 1993-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981215 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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