Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3764076B2 - Probe control device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3764076B2 - Probe control device - Google Patents

Probe control device Download PDF

Info

Publication number
JP3764076B2
JP3764076B2 JP2001256206A JP2001256206A JP3764076B2 JP 3764076 B2 JP3764076 B2 JP 3764076B2 JP 2001256206 A JP2001256206 A JP 2001256206A JP 2001256206 A JP2001256206 A JP 2001256206A JP 3764076 B2 JP3764076 B2 JP 3764076B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
sample
tip
amplitude
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001256206A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003065932A (en
Inventor
達 村下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2001256206A priority Critical patent/JP3764076B2/en
Priority to US10/228,139 priority patent/US6953930B2/en
Publication of JP2003065932A publication Critical patent/JP2003065932A/en
Priority to US11/001,038 priority patent/US7075071B2/en
Priority to US11/178,292 priority patent/US7038202B2/en
Priority to US11/178,293 priority patent/US7041974B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3764076B2 publication Critical patent/JP3764076B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル発光顕微装置のプローブの先端と試料との間の距離を制御するプローブ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の微小化や、分子の特性を利用する技術の発展に伴い、半導体のナノメータサイズの微小領域の特性評価や、ナノメータサイズの個々の分子の特性の計測に関する要望が強まっている。このため、先鋭化したプローブの先端から電流を注入して光を発生させることによりナノメータサイズ領域の電気的・光学的特性を測定するトンネル発光顕微装置が使用されている。近年には、集光効率を向上するためにプローブの先端から電流を注入すると同時に同じプローブの先端から光を集光する、光透過性と導電性とを有するプローブ(導電集光プローブ)が開発され、ナノメータサイズの微小領域の特性評価に威力を発揮している。
【0003】
ところで、このようなプローブを用いて試料を計測する装置においては、トンネル電流は、プローブと試料表面との間の距離(以下、ギャップという。)とともに指数関数的に減衰し、ギャップの変化に非常に敏感であるので、ギャップの制御が極めて重要でる。
【0004】
従来は、プローブと試料との間に流れるトンネル電流を検出することによってギャップを制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の制御方法は、導電性の試料を計測する場合に限定されるので、絶縁性の試料または高電気抵抗を有する試料、あるい絶縁性の領域と高電気抵抗の領域とが混在した試料に適用することが困難であるという問題があった。
【0006】
実際にナノメータサイズの微小領域の特性評価が要望される計測対象には、導電性の試料のみではなく、絶縁性の領域と高電気抵抗の領域とが混在した試料が含まれる。そこで、絶縁性の領域と高電気抵抗の領域とが混在した試料にも適用可能な、トンネル電流を用いないでギャップを制御するプローブ制御装置が切望されていた。
【0007】
トンネル電流を用いないギャップの制御方法としては、プローブの先端と試料との間に作用する引力や斥力などの原子間力を利用する方法がある。この方法は、フローブの先端が試料表面にきわめて接近したときに、両者間に生じる原子間力を検出して、検出した値がー定になるようにギャップを制御するものである。
【0008】
原子間力を検出し、検出した値をギャップ制御のためにフィードバックする方法としては、光テコと片持ち梁形状の軟らかいプローブとを用いる方法がある。
【0009】
この場合、プローブの微小な変位を検出するためにレーザ光が使用されるが、このレーザ光は、試料を計測するための検出信号光に比して非常に強いので、トンネル電流による微弱な発光を測定する際のSN比を低下させるという問題があった。
【0010】
また、プローブ内における光伝送損失を抑えるためには、直径100μm前後の直線状の光ファイバで形成されたプローブを用いることが望ましいが、このようなプローブを、光テコに必要な片持ち梁形状の軟らかいプローブとして使用することは困難であるという問題があった。
【0011】
さらに、試料の表面に垂直な棒状のプローブを、プローブの中心軸に直交する方向に加振し、特定の振動数におけるプローブの振幅の変化を測定することによって原子間力を検知する方法があるが、プローブの先端から電流を注入して光を発生させるためにプローブの先端と試料との間に電圧を印加すると、振幅を検出するセンシング用振動子に電流が流れて検出信号が乱れ、ギャップの制御が不安定になるので、プローブに電圧を印加することはできないという問題があった。
【0012】
本発明は、上記問題を解決して、絶縁性の領域と高電気抵抗の領域とが混在した試料に適用可能で、トンネル電流による微弱な発光を測定する際のSN比を低下させるレーザ光を用いることがなく、導電集光プローブとしての使用に適したプローブを用いることができ、プローブの先端から電流を注入して光を発生させるためにプローブ先端と試料との間に電圧を印加することが可能な、プローブ制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のプローブ制御装置は、試料の表面に垂直な棒状のプローブと、上記プローブを上記プローブの中心軸に直交する方向に加振する励振器と、上記プローブの振幅を検出する振幅検出手段と、特定の振動数における上記プローブの振幅を所定の振幅に制御することにより上記プローブの先端と上記試料との間の距離を制御する距離制御手段とを含んでなるプローブ制御装置において、上記プローブは、上記プローブの先端から電流を注入すると同時に同じプローブの先端から光を集光する、光透過性と導電性とを有し、上記プローブの先端と上記試料との間に電圧を印加する電圧印加機構を設け、上記振幅検出手段と上記プローブとの間が電気的に絶縁されており、上記電圧印加機構は、上記プローブの振動の位相に同期したパルス電圧を、上記プローブ先端が、上記プローブ先端の水平方向の振幅より縮小された計測対象範囲内にある間に、上記プローブ先端と上記試料との間に印加することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係るプローブ制御装置の構成を示す図である。
図に示すように、本発明に係るプローブ制御装置は、プローブ1と、励振用振動子7と、励振用電源9と、センシング用振動子10と、センシング信号処理回路11と、試料位置駆動機構12と、試料位置駆動機構用制御回路13と、プローブバイアス電源14と、導電性固定板15と、支持構造16とを含んでなる。
【0016】
試料3の表面に対して垂直に設けられた棒状のプローブ1は、先端をテーパ加工して先鋭化され、光透過性を有する直径100μm前後の直線状の光ファイバからなり、導電性を付与するために、その側面及びテーパ部に導電膜を塗布する。特にテーパ部は、集光機能を確保するために、透明性を有する導電膜である透明導電膜2を塗布する。プローブ1の先端から1〜2cm程度離れた個所を、導電性固定板15を介して支持構造16に固定する。
【0017】
導電性固定板15は、プローブバイアス電源14の一端に接続されており、プローブバイアス電源14から供給される電流を、導電性固定板15を介して、プローブ1へ供給する。プローブバイアス電源14の他端は試料3に接続され、プローブ1の先端と試料3との間に電圧を印加する電圧印加機構を構成する。
【0018】
支持構造16上に、プローブの中心軸に直交する方向に加振する励振器である励振用振動子7が設けられている。励振用振動子7は、励振用電源9に接続されており、振動の振幅を検出する振幅検出手段であるセンシング用振動子10を介してプローブ1の先端から数mm離れた点を加振して、プローブ1を試料3の表面に平行な方向に振動させる。
【0019】
センシング用振動子10は、変位量(振幅)に比例した電圧を出力することにより、プローブ1の振動の振幅を検出する。センシング用振動子10の出力は、センシング信号処理回路11と試料位置駆動機構用制御回路13とを介して、試料位置駆動機構12へ伝送される。
【0020】
試料位置駆動機構12は、試料位置駆動機構用制御回路13の出力を受け、試料3を移動させる。
【0021】
センシング信号処理回路11と、試料位置駆動機構用制御回路13と、試料位置駆動機構12とによって、プローブ1の先端と試料3との間の距離(ギャップ4)を制御する距離制御手段が構成される。
【0022】
センシング用振動子10とプローブ1との間、および励振用振動子7とセンシング用振動子10との間は、それぞれ絶縁材料81と絶縁材料82によって電気的に絶縁する。
【0023】
本発明に係るプローブ制御装置の動作は以下のとおりである。
センシング用振動子10にプローブ1を搭載し、センシング用振動子10によってプローブ1の中心軸に直交する方向に共振振動数で加振する。センシング用振動子10からは、プローブ1の振動に対応した電圧が出力される。共振振動数の近傍では、振動数が僅かに変化すると、プローブ1の振幅は大きく変化する。そこで共振振動数から僅かに離れた特定の振動数においてセンシング用振動子10でプローブ1の振幅をモニタする。この状態でプローブ1の先端を試料3の表面を接近させる。(以下、プローブ1を試料3の表面を接近させる動作をアプローチと呼ぶ。)
アプローチを開始しても、ギャップ4が大きくてプローブ1と試料との間に作用する原子間力が無視できる間は、プローブ1は一定の共振振動数と振幅で振動を続ける。したがって、この振動に対応してセンシング用振動子10から出力される電圧の振幅も一定である。
【0024】
次に、プローブ1が試料3の表面に更に接近して、両者間に作用する原子間力が大きくなると、この原子間力がプローブ1の振動運動に対する抵抗力(剪断力)として作用し、共振振動数が変化する。このため、センシング用振動子10でモニタしている振動数におけるプローブ1の振幅が変化する。プローブ1の振幅が変化すると、センシング用振動子10の出力電圧も同様に変化する。この出力電圧の振幅が所定の値になったときに、プローブのアプローチを停止する。その後は、モニタしている振動数におけるプローブ1の振幅が一定となるように、プローブ1と試料3の表面との間のギャップ4をフィードバック制御する。
【0025】
プローブ1の先端から電流を注入するためにプローブ1に電圧を印加する際に、センシング用振動子10へプローブ1の電流が流れることによって、センシング用振動子10からの検出信号が乱れて、ギャップ4の制御が不安定になることを防止するために、プローブ1とセンシング用振動子10とが接触する部分に絶縁材料81を挿入して電気的に絶縁する。
【0026】
原子間力は試料3が導電性であっても絶縁性であっても生じるので、試料3が導電性領域と絶縁性または高電気抵抗領域が混在した試料であっても、プローブ1と試料3の表面との間のギャップ4の制御を行うことができる。例えば、プローブ1が試料3の絶縁性領域の上に位置するときには、プローブ電流は流れないが、プローブ1と試料3の表面との間のギャップ4の制御は、原子間力によって正常に行われる。また、プローブ1が試料3の導電性領域の上に位置するときには、同じくギャップ4の制御は原子間力で行われるとともに、プローブ電流は流れるので、プローブ電流やプローブ電流による発光を検出することができる。
【0027】
すなわち、トンネル電流によるギャップ4の制御が困難な絶縁性または高電気抵抗領域が混在した試料であっても、トンネル電流およびそれに伴う発光を計測することができる。また、ギャップ4の検出をセンシング用振動子10で行い、レーザ光を用いないので、トンネル電流による微弱な発光を測定する際にも検出信号光のSN比を低下させることがなく、高いSN比で測定することができる。
また、片持ち梁状の軟らかいプローブを用いる必要がないので、導電集光プローブとしての使用に適した直径100μm前後の直線状の光ファイバからなるプローブを使用することができる。
【0028】
さらに、プローブ1とセンシング用振動子10とが接触する部分に絶縁材料81を挿入して電気的に絶縁するので、プローブ1に電圧を印加しても、センシング用振動子10へプローブ1の電流が流れることによって、センシング用振動子10からの検出信号が乱れて、ギャップ4の制御が不安定になることはない。
【0029】
図2は、本発明に係るプローブ制御装置におけるプローブ1の先端の水平方向の振幅B−B′と試料3の計測対象範囲A−A′との関係を示す図であり、(a)はプローブ1の先端と試料3との相対位置を、(b)はプローブ1の先端が時間軸に対して正弦波状に変位する状態を示す。
【0030】
本発明に係るプローブ制御装置においては、プローブ1と試料3との間に作用する原子間力を利用してギャップ4を制御するので、原子間力による剪断力がプローブ1に十分に作用する必要がある。このため、プローブ1の先端の水平方向の振幅B−B′を数十nm程度より小さくすることが難しい。このため、測定の空間分解能は、この水平方向の振動の振幅B−B′によって制限される。
【0031】
この制限を取り除くために、プローブ1から試料3へ注入する電流を、プローブ1の先端の水平方向の振動の位相に同期させてパルス的に注入する。電流を注入するタイミングは任意の位相に同期させることができるが、例えば図に示すように、プローブ1の先端が、振幅の中心Oの近傍である計測対象範囲A−A′にある間に、プローブバイアス電源14からパルス電圧を印加して、電流をパルス的に注入する。これによりギャップ4を制御するために要するプローブ1の先端の水平方向の振幅B−B′が大きくても、トンネル電流およびトンネル電流による発光の測定の空間分解能は、計測対象範囲A−A′に縮小することが可能となる。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプローブ制御装置においては、絶縁性の領域と高電気抵抗の領域とが混在した試料にも適用可能で、トンネル電流による微弱な発光を測定する際のSN比を低下させるレーザ光を用いることがなく、導電集光プローブとしての使用に適したプローブを用いることができ、プローブの先端から電流を注入して光を発生させるためにプローブ先端と試料との間に電圧を印加することができる、プローブ制御装置を提供することが可能となるという効果がある。
【0033】
また、電圧印加機構は、プローブの振動の位相に同期したパルス電圧を、プローブ先端と試料との間に印加するので、ギャップを制御するために要するプローブの先端の水平方向の振幅が大きくても、トンネル電流およびトンネル電流による発光の測定の空間分解能を縮小することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプローブ制御装置の構成を示す図である。
【図2】本発明に係るプローブ制御装置におけるプローブの先端の水平方向の振幅と試料の計測対象範囲との関係を示す図である。
【符号の説明】
1…プローブ
2…透明導電膜
3…試料
4…ギャップ
5…電子
6…光
7…励振用振動子
81、82…絶縁材料
9…励振用電源
10…センシング用振動子
11…センシング信号処理回路
12…試料位置駆動機構
13…試料位置駆動機構用制御回路
14…プローブバイアス電源
15…導電性固定板
16…支持構造
O…振幅の中心
A−A′…計測対象範囲
B−B′…振幅
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a probe control apparatus for controlling the distance between a probe tip of a tunnel emission microscope and a sample.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization of semiconductor devices and the development of technology that utilizes the characteristics of molecules, there is an increasing demand for characteristics evaluation of nanometer-size microscopic regions of semiconductors and measurement of characteristics of individual molecules of nanometer size. For this reason, a tunnel emission microscope that measures the electrical and optical characteristics in the nanometer size region by injecting current from the sharpened tip of the probe to generate light is used. In recent years, in order to improve the light collection efficiency, a probe with light transmissivity and conductivity (conductive condensing probe) that injects current from the tip of the probe and simultaneously collects light from the tip of the same probe has been developed. It is effective in evaluating the characteristics of nanometer-sized microscopic areas.
[0003]
By the way, in an apparatus for measuring a sample using such a probe, the tunnel current attenuates exponentially with the distance between the probe and the sample surface (hereinafter referred to as a gap), and the change in the gap is extremely difficult. because it is sensitive to, control of the gap is Ru Oh extremely important.
[0004]
Conventionally, the gap is controlled by detecting a tunnel current flowing between the probe and the sample.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since such a conventional control method is limited to the case of measuring a conductive sample, an insulating sample or a sample having a high electric resistance, or an insulating region and a high electric resistance region There is a problem that it is difficult to apply to a sample in which a mixture is mixed.
[0006]
Actually, the measurement target for which the characteristic evaluation of a nanometer-sized minute region is desired includes not only a conductive sample but also a sample in which an insulating region and a high electrical resistance region are mixed. Therefore, a probe control device that can be applied to a sample in which an insulating region and a high electrical resistance region are mixed and that controls a gap without using a tunnel current has been desired.
[0007]
As a method for controlling the gap without using the tunnel current, there is a method using an atomic force such as an attractive force or a repulsive force acting between the tip of the probe and the sample. In this method, when the tip of the flow is very close to the sample surface, the atomic force generated between the two is detected, and the gap is controlled so that the detected value becomes constant.
[0008]
As a method of detecting an atomic force and feeding back the detected value for gap control, there is a method of using an optical lever and a cantilever-shaped soft probe.
[0009]
In this case, laser light is used to detect minute displacements of the probe, but this laser light is much stronger than the detection signal light for measuring the sample, so weak light emission due to the tunnel current There was a problem that the SN ratio at the time of measuring was reduced.
[0010]
Further, in order to suppress the optical transmission loss in the probe, it is desirable to use a probe formed of a linear optical fiber having a diameter of about 100 μm, but such a probe has a cantilever shape necessary for an optical lever. There is a problem that it is difficult to use as a soft probe.
[0011]
Furthermore, there is a method for detecting an atomic force by exciting a rod-shaped probe perpendicular to the surface of the sample in a direction perpendicular to the central axis of the probe and measuring a change in the amplitude of the probe at a specific frequency. However, if a voltage is applied between the tip of the probe and the sample to generate light by injecting current from the tip of the probe, the current flows through the sensing transducer that detects the amplitude, disturbing the detection signal, and the gap Since this control becomes unstable, there is a problem that a voltage cannot be applied to the probe.
[0012]
The present invention solves the above problem and is applicable to a sample in which an insulating region and a high electrical resistance region coexist, and a laser beam that reduces the SN ratio when measuring weak light emission due to a tunnel current is provided. A probe suitable for use as a conductive condensing probe can be used, and a voltage is applied between the probe tip and the sample to inject current from the probe tip to generate light. An object of the present invention is to provide a probe control device capable of
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the probe control apparatus of the present invention includes a rod-shaped probe perpendicular to the surface of a sample, an exciter that excites the probe in a direction perpendicular to the central axis of the probe, and the amplitude of the probe. And a distance control means for controlling the distance between the tip of the probe and the sample by controlling the amplitude of the probe at a specific frequency to a predetermined amplitude. in the control apparatus, the probe collects light from the tip at the same time the same probe when current is injected from the tip of the probe, and an optical transparency and conductivity, between the tip and the sample of the probe to provide a voltage application mechanism for applying a voltage, the amplitude detection means and are electrically insulated between the probe, the voltage application mechanism, the vibration of the probe Wherein a pulse voltage synchronized to the phase, the probe tip, while in the measurement target range is reduced than the horizontal amplitude of the probe tip, that you applied between the probe tip and the sample And
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a probe control apparatus according to the present invention.
As shown in the figure, the probe control apparatus according to the present invention includes a probe 1, an excitation vibrator 7, an excitation power source 9, a sensing vibrator 10, a sensing signal processing circuit 11, and a sample position driving mechanism. 12, a sample position drive mechanism control circuit 13, a probe bias power supply 14, a conductive fixing plate 15, and a support structure 16.
[0016]
The rod-like probe 1 provided perpendicular to the surface of the sample 3 is made of a linear optical fiber having a diameter of about 100 μm, which is sharpened by tapering the tip, and imparts conductivity. Therefore, a conductive film is applied to the side surface and the tapered portion. In particular, the tapered portion is coated with a transparent conductive film 2 which is a conductive film having transparency in order to secure a light collecting function. A portion separated from the tip of the probe 1 by about 1 to 2 cm is fixed to the support structure 16 via the conductive fixing plate 15.
[0017]
The conductive fixing plate 15 is connected to one end of the probe bias power supply 14, and supplies a current supplied from the probe bias power supply 14 to the probe 1 through the conductive fixing plate 15. The other end of the probe bias power supply 14 is connected to the sample 3 and constitutes a voltage application mechanism for applying a voltage between the tip of the probe 1 and the sample 3.
[0018]
On the support structure 16, an excitation vibrator 7 which is an exciter that vibrates in a direction orthogonal to the central axis of the probe is provided. The excitation vibrator 7 is connected to an excitation power source 9 and vibrates a point several mm away from the tip of the probe 1 via a sensing vibrator 10 which is an amplitude detection means for detecting the amplitude of vibration. Then, the probe 1 is vibrated in a direction parallel to the surface of the sample 3.
[0019]
The sensing vibrator 10 detects the amplitude of vibration of the probe 1 by outputting a voltage proportional to the amount of displacement (amplitude). The output of the sensing vibrator 10 is transmitted to the sample position driving mechanism 12 via the sensing signal processing circuit 11 and the sample position driving mechanism control circuit 13.
[0020]
The sample position driving mechanism 12 receives the output of the sample position driving mechanism control circuit 13 and moves the sample 3.
[0021]
The sensing signal processing circuit 11, the sample position drive mechanism control circuit 13, and the sample position drive mechanism 12 constitute distance control means for controlling the distance (gap 4) between the tip of the probe 1 and the sample 3. The
[0022]
The insulating vibrator 81 and the probe 1 and the exciting vibrator 7 and the sensing vibrator 10 are electrically insulated by an insulating material 81 and an insulating material 82, respectively.
[0023]
The operation of the probe control apparatus according to the present invention is as follows.
The probe 1 is mounted on the sensing vibrator 10, and the sensing vibrator 10 vibrates at a resonance frequency in a direction orthogonal to the central axis of the probe 1. A voltage corresponding to the vibration of the probe 1 is output from the sensing vibrator 10. In the vicinity of the resonance frequency, when the frequency changes slightly, the amplitude of the probe 1 changes greatly. Therefore, the amplitude of the probe 1 is monitored by the sensing vibrator 10 at a specific frequency slightly away from the resonance frequency. In this state, the tip of the probe 1 is brought close to the surface of the sample 3. (Hereinafter, the operation of bringing the probe 1 close to the surface of the sample 3 is called an approach.)
Even if the approach is started, the probe 1 continues to vibrate at a constant resonance frequency and amplitude while the gap 4 is large and the atomic force acting between the probe 1 and the sample can be ignored. Therefore, the amplitude of the voltage output from the sensing vibrator 10 corresponding to this vibration is also constant.
[0024]
Next, when the probe 1 further approaches the surface of the sample 3 and the interatomic force acting between the two becomes large, this interatomic force acts as a resistance force (shearing force) against the vibration motion of the probe 1 to resonate. The frequency changes. For this reason, the amplitude of the probe 1 at the frequency monitored by the sensing vibrator 10 changes. When the amplitude of the probe 1 changes, the output voltage of the sensing vibrator 10 changes in the same manner. When the amplitude of the output voltage reaches a predetermined value, the probe approach is stopped. Thereafter, feedback control is performed on the gap 4 between the probe 1 and the surface of the sample 3 so that the amplitude of the probe 1 at a monitored frequency becomes constant.
[0025]
When a voltage is applied to the probe 1 in order to inject current from the tip of the probe 1, the current of the probe 1 flows to the sensing transducer 10, thereby disturbing the detection signal from the sensing transducer 10 and causing a gap. In order to prevent the control of 4 from becoming unstable, an insulating material 81 is inserted into a portion where the probe 1 and the sensing vibrator 10 are in contact to be electrically insulated.
[0026]
Since the atomic force is generated regardless of whether the sample 3 is conductive or insulating, even if the sample 3 is a sample in which a conductive region and an insulating or high electrical resistance region are mixed, the probe 1 and the sample 3 It is possible to control the gap 4 between the surface and the surface. For example, when the probe 1 is positioned on the insulating region of the sample 3, no probe current flows, but the control of the gap 4 between the probe 1 and the surface of the sample 3 is normally performed by atomic force. . Further, when the probe 1 is positioned on the conductive region of the sample 3, the gap 4 is similarly controlled by the atomic force and the probe current flows. Therefore, it is possible to detect light emission due to the probe current or the probe current. it can.
[0027]
That is, the tunnel current and the light emission associated therewith can be measured even for a sample having a mixed insulating or high electrical resistance region in which it is difficult to control the gap 4 by the tunnel current. In addition, since the gap 4 is detected by the sensing vibrator 10 and laser light is not used, the SN ratio of the detection signal light is not lowered when measuring weak light emission due to the tunnel current, and a high SN ratio is obtained. Can be measured.
In addition, since it is not necessary to use a cantilevered soft probe, a probe made of a linear optical fiber having a diameter of about 100 μm suitable for use as a conductive condensing probe can be used.
[0028]
Furthermore, since the insulating material 81 is inserted into the portion where the probe 1 and the sensing vibrator 10 are in contact with each other to electrically insulate, the current of the probe 1 to the sensing vibrator 10 even when a voltage is applied to the probe 1. Does not disturb the detection signal from the sensing vibrator 10 and cause the control of the gap 4 to become unstable.
[0029]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the horizontal amplitude BB ′ at the tip of the probe 1 and the measurement target range AA ′ of the sample 3 in the probe control apparatus according to the present invention. (B) shows the state in which the tip of the probe 1 is displaced in a sine wave shape with respect to the time axis.
[0030]
In the probe control apparatus according to the present invention, since the gap 4 is controlled using the atomic force acting between the probe 1 and the sample 3, the shear force due to the atomic force needs to sufficiently act on the probe 1. There is. For this reason, it is difficult to make the horizontal amplitude BB ′ at the tip of the probe 1 smaller than about several tens of nm. For this reason, the spatial resolution of the measurement is limited by the horizontal vibration amplitude BB ′.
[0031]
In order to remove this restriction, the current injected from the probe 1 to the sample 3 is injected in a pulse manner in synchronization with the phase of the horizontal vibration at the tip of the probe 1. The timing of injecting the current can be synchronized with an arbitrary phase. For example, as shown in the figure, while the tip of the probe 1 is in the measurement target range A-A ′ that is in the vicinity of the center O of the amplitude, A pulse voltage is applied from the probe bias power supply 14 to inject current in a pulsed manner. As a result, even if the horizontal amplitude B-B 'at the tip of the probe 1 required for controlling the gap 4 is large, the spatial resolution of the measurement of light emission by the tunnel current and the tunnel current is within the measurement target range A-A'. It becomes possible to reduce.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the probe control device according to the present invention can be applied to a sample in which an insulating region and a high electrical resistance region are mixed, and the SN ratio when measuring weak light emission due to a tunnel current. A probe suitable for use as a conductive condensing probe can be used without using a laser beam that reduces the flow rate, and a current is injected from the tip of the probe to generate light. There is an effect that it is possible to provide a probe control device that can apply a voltage to the probe.
[0033]
In addition, since the voltage application mechanism applies a pulse voltage synchronized with the probe vibration phase between the probe tip and the sample, even if the horizontal amplitude of the probe tip required for controlling the gap is large. There is an effect that the spatial resolution of the measurement of light emission by the tunnel current and the tunnel current can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a probe control apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a horizontal amplitude of a probe tip and a measurement target range of a sample in the probe control device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe 2 ... Transparent electrically conductive film 3 ... Sample 4 ... Gap 5 ... Electron 6 ... Light 7 ... Excitation vibrators 81 and 82 ... Insulating material 9 ... Excitation power supply 10 ... Sensing vibrator 11 ... Sensing signal processing circuit 12 Sample position driving mechanism 13 Sample position driving mechanism control circuit 14 Probe bias power supply 15 Conductive fixing plate 16 Support structure O Center of amplitude AA ′ Measurement range BB ′ Amplitude

Claims (1)

試料の表面に垂直な棒状のプローブと、上記プローブを上記プローブの中心軸に直交する方向に加振する励振器と、上記プローブの振幅を検出する振幅検出手段と、特定の振動数における上記プローブの振幅を所定の振幅に制御することにより上記プローブの先端と上記試料との間の距離を制御する距離制御手段とを含んでなるプローブ制御装置において、上記プローブは、上記プローブの先端から電流を注入すると同時に同じプローブの先端から光を集光する、光透過性と導電性とを有し、上記プローブの先端と上記試料との間に電圧を印加する電圧印加機構を設け、上記振幅検出手段と上記プローブとの間が電気的に絶縁されており、上記電圧印加機構は、上記プローブの振動の位相に同期したパルス電圧を、上記プローブ先端が、上記プローブ先端の水平方向の振幅より縮小された計測対象範囲内にある間に、上記プローブ先端と上記試料との間に印加することを特徴とするプローブ制御装置。A rod-like probe perpendicular to the surface of the sample, an exciter for exciting the probe in a direction perpendicular to the central axis of the probe, an amplitude detecting means for detecting the amplitude of the probe, and the probe at a specific frequency And a distance control means for controlling the distance between the tip of the probe and the sample by controlling the amplitude of the probe to a predetermined amplitude, wherein the probe receives a current from the tip of the probe. The amplitude detecting means is provided with a voltage application mechanism for condensing light from the tip of the same probe at the same time as injection and having a light transmission property and conductivity and applying a voltage between the tip of the probe and the sample. and between the probe is electrically insulated, the voltage application mechanism, a pulse voltage synchronized to the phase of the vibration of the probe, the probe tip, the While in the measurement target range is reduced than the horizontal amplitude lobe tip, the probe control device, characterized that you applied between the probe tip and the sample.
JP2001256206A 2001-08-27 2001-08-27 Probe control device Expired - Fee Related JP3764076B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001256206A JP3764076B2 (en) 2001-08-27 2001-08-27 Probe control device
US10/228,139 US6953930B2 (en) 2001-08-27 2002-08-27 Conductive transparent probe and probe control apparatus
US11/001,038 US7075071B2 (en) 2001-08-27 2004-12-02 Conductive transparent probe and probe control apparatus
US11/178,292 US7038202B2 (en) 2001-08-27 2005-07-12 Conductive transparent probe and probe control apparatus
US11/178,293 US7041974B2 (en) 2001-08-27 2005-07-12 Conductive transparent probe and probe control apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001256206A JP3764076B2 (en) 2001-08-27 2001-08-27 Probe control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003065932A JP2003065932A (en) 2003-03-05
JP3764076B2 true JP3764076B2 (en) 2006-04-05

Family

ID=19084052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001256206A Expired - Fee Related JP3764076B2 (en) 2001-08-27 2001-08-27 Probe control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3764076B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003065932A (en) 2003-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0410131B1 (en) Near-field lorentz force microscopy
JP2915554B2 (en) Barrier height measurement device
US7874202B2 (en) Probe apparatus for measuring an electron state on a sample surface
JP2834173B2 (en) Scanning tunnel acoustic microscope
CN110462417B (en) Scanning sensor including spin defects
US7404313B2 (en) Scanning probe microscope
US20070024295A1 (en) Probe for an atomic force microscope
KR20050043885A (en) Scanning probe microscope
JPH0754249B2 (en) Method and device for inspecting surface of sample
JP2000081443A (en) Scanning probe microscope
JP2004301548A (en) Electrical property evaluation device
KR100263528B1 (en) Apparatus for measuring exchange force
JP3764076B2 (en) Probe control device
CA2503957C (en) Probe device and method of controlling the same
JP2000199736A (en) Scanning near-field microscope
US6953930B2 (en) Conductive transparent probe and probe control apparatus
RU2208763C1 (en) Probe on base of quartz crystal vibrator for scanning probe microscope
JP2900764B2 (en) Evaluation method of semiconductor surface thin film
JPH06323845A (en) Thin film force detection probe for scanning force microscope
JP2003149119A (en) Conductive transparent probe
JP3376374B2 (en) Method of creating image of sample surface in probe microscope
JP4785537B2 (en) Probe, scanning probe microscope, and probe manufacturing method
JP3185742B2 (en) Surface measuring instrument
JP3630838B2 (en) Scanning tunneling microscope and magnetization detection method
JP2004020221A (en) Cantilever holder

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051018

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090127

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100127

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110127

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110127

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120127

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees