(57)【要約】【課題】出来るだけ多くの異なる試料のために、構造の原子幾何学的、化学的模写を可能とする走査トンネル顕微鏡により試料を検査する改良された方法を準備すること。【解決手段】この発明は、走査トンネル顕微鏡により試料を検査する方法に関し、画像撮影の際にトンネル接触の一部である走査トンネル顕微鏡の尖端或いは試料の少なくとも一方における少なくとも一つの箇所には、画像撮影の前或いは画像撮影中に造影剤が予め設置され、一方、この箇所で温度が造影剤の凝固温度以下或いは同じに調整されることを特徴とする。このための走査トンネル顕微鏡が開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査トンネル顕微鏡により試料を検査する方法において、画像撮影の際にトンネル接触の一部である走査トンネル顕微鏡の尖端或いは試料の少なくとも一方における少なくとも一つの箇所には、画像撮影の前或いは画像撮影中に造影剤が予め設置され、一方、この箇所で温度が造影剤の凝固温度以下或いは同じに調整されることを特徴とする方法。
【請求項２】
ガス状造影剤を選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
造影剤として、水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）或いは一つの他の、特に原子重量に関して軽いガス或いはガス混合気を選択することを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
【請求項４】
造影剤として、ネオン，Ｏ２，ＣＯ，ＮＯｘ，Ｎ２，Ｎ２Ｏ，ＣＯ２を選択することを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
【請求項５】
ある時間中に画像とＩ／Ｕ特性曲線或いはスペクトル即ちｄＩ／ｄＵ或いはトンネル電圧Ｕに基づくトンネル電流Ｉのより高い誘導が撮影されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
Ｉ／Ｕ特性曲線には対称的に分布されてトンネル電圧０ｍＶだけ非線型性が生じるときに、画像が撮影されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
同時に画像が原子幾何学化学的コントラストと電子コントラストで撮影されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
画像撮影がおよそ−１００ｍＶからおよそ＋１００ｍＶまで、特に−５０ｍＶ乃至＋５０ｍＶまでの僅かな電圧で実施されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
尖端の領域或いは試料保持体の領域の少なくとも一方に配管を備えることを特徴とする走査トンネル顕微鏡。
【請求項１０】
配管としてノズルを有する加熱可能な毛細管を備えることを特徴とする請求項９に記載の走査トンネル顕微鏡。
【請求項１１】
走査トンネル顕微鏡が配管の流出開口に低温走査トンネル顕微鏡として形成されていることを特徴とする請求項９或いは１０に記載の走査トンネル顕微鏡。
【請求項１２】
水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）或いは一つの他の、特に原子重量に関して軽いガス或いはガス混合気を包含することを特徴とする造影剤。
【請求項１３】
水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）或いは一つの他の、特に原子重量に関して軽いガス或いはガス混合気を造影剤として走査トンネル顕微鏡に使用することを特徴とする使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料を検査する方法に関する。
【０００２】
試料の表面を走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ、走査トンネル顕微鏡）によって模写することがＢｉｎｎｉｇとＲｏｈｒｅｒから知られている（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ，Ｈ．Ｒｏｈｒｅｒ共著（１９８７年）．Ｒｅｖｉｅｗｓ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５９，６１５）［非特許文献１］。
【０００３】
走査トンネル顕微鏡の理論が知られている。走査トンネル顕微鏡測定では、顕微鏡の電気伝導尖端或いは針がシステム的に同様に伝導性検査物に関する走査で移動される。この際には尖端と検査物表面とが電気的接触しておらず、その間の絶縁媒体、例えば空気或いは真空のために、肉眼で見える間隔では、電流の流れが生じない。けれども、尖端を表面に原子的規模で接近させるので、表面と尖端から電子の量子機械的状態（軌道）が重なるので、零より大きい確率により電子の交換が生じ、それは僅かな電圧をかける際にトンネル効果によってトンネル電流を生じる。このトンネル電流は最小間隔変更を感知する、というのは、強度が負的指数で間隔で目盛るからである。
【０００４】
走査トンネル顕微鏡の種々の測定手法が知られている。一定高さを備える測定では、尖端の高さが一定に保持され、トンネル電流が走査の経過で変更する。この手法は、無論、針の破壊の危険が高い際に試料における大きな構造差異によって、表面の迅速な走査を可能とする。一定トンネル電流を備える測定手法の際に、トンネル電流が制御回路によって一定に保持され、尖端が表面をなぞる。解像はこの方法では高いので、表面の電子構造が原子目盛で模写される。
【０００５】
ＴｅｒｓｏｆｆとＨａｍａｎｎ（Ｊ．ＴｅｒｓｏｆｆとＤ．Ｒ．Ｈａｍａｎｎ共著（１９８５年）Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ３１，８０５［非特許文献２］）から、走査トンネル顕微鏡によって局部的電子状態密度（ＬＤＯＳ；状態の密度）が原子価電子の領域に模写され、原子価電子が化学的に特殊ではなく、その構造が複数の原子に関して膨張されることが知られている。
【０００６】
走査トンネル顕微鏡に化学的感度を装備させる種々の評価が与えられた。Ｓｔｉｐｅ他（Ｂ．Ｃ．Ｓｔｉｐｅ，Ｍ，Ａ．Ｒｅｚａｅｉ，とＷ．Ｈｏ共著（１９９８年），Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８０，  １７３２［非特許文献３］）から，非伸縮性トンネル処理の利用が局部的地域解像振動分光器の可能性として知られている。
【０００７】
Ｑｉｕ他（Ｘ．Ｈ．Ｑｉｕ，  Ｇ．Ｖ．Ｎａｚｉｎ，とＷ．Ｈｏ共著（２００３年），Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９９，  ５４２［非特許文献４］）から，分光器検査確認に対する分子或いはナノ構造の光学的ルミネセンス特性の使用が知られている。
【０００８】
十分な色々の数の試料のために、表面構造の原子幾何学化学的模写を可能とすることがこれら公知の方法によってできないことが欠点である。測定手法と無関係に、従来の走査トンネル顕微鏡が特別な場合のみに検査物の化学的或いは原子幾何学構造の模写を可能とする。
【０００９】
走査トンネル顕微鏡の他の欠点は欠陥のある化学的感度である。これは、方法が化学的種の確認をできなく、それが分子的物質と表面構造を大きい横領域にオングストローム以下まで模写できるが、しかし、通常には化学的或いは他に確認できないことを導くことを意味する。走査トンネル顕微鏡は吸着性分子的物質或いは原子的表面構造の明確に確認できる指紋を与えられない。これらの欠陥の原因は走査トンネル顕微鏡の公知の従来の模写機構にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３０９３４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３３０６５号公報
【特許文献３】米国特許第５４９７０００号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ，Ｈ．Ｒｏｈｒｅｒ（１９８７）．Ｒｅｖｉｅｗｓ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５９，６１５
【非特許文献２】Ｊ．ＴｅｒｓｏｆｆとＤ．Ｒ．Ｈａｍａｎｎ（１９８５年）Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ３１，８０５
【非特許文献３】Ｂ．Ｃ．Ｓｔｉｐｅ，Ｍ，Ａ．Ｒｅｚａｅｉ，とＷ．Ｈｏ（１９９８年），Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８０，  １７３２
【非特許文献４】Ｘ．Ｈ．Ｑｉｕ，  Ｇ．Ｖ．Ｎａｚｉｎ，とＷ．Ｈｏ（２００３年），Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９９，  ５４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明の課題は、出来るだけ多くの異なる試料のために、構造の原子幾何学的、化学的模写を可能とする走査トンネル顕微鏡により試料を検査する改良された方法を準備することである。
【００１３】
この発明の他の課題は、試料を検査する改良された走査トンネル顕微鏡を準備することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、主請求項による方法によって且つ副請求項による走査トンネル顕微鏡によって解決される。好ましい構成は、それぞれにこれら請求項を引用した従属請求項から明らかになる。
【００１５】
走査トンネル顕微鏡により試料を検査する方法は、画像撮影の際にトンネル接触の一部である走査トンネル顕微鏡の尖端或いは試料の少なくとも一方における少なくとも一つの箇所には、画像撮影の前或いは画像撮影中に造影剤が予め設置（ガス状浮遊）されて、一方、この箇所に温度が造影剤の凝固温度以下或いは同じに調整されることを特徴とする。
【００１６】
これら方法は、好ましくは、初回に走査トンネル顕微鏡により化学的構造の原子幾何学模写が可能とされることを奏する。この際には、原子幾何学模写は非常により高く且つ今まで知られていない感度と解像により行われる。それ故に、これは走査トンネル顕微鏡に今まで到達されていない構造的且つ化学的感度を与える。分子的物質と他の物質の原子的表面構造との原子幾何学構造とそれから誘導された化学的構造の確認はこの発明の直接的対象である。この方法は、好ましくは原子幾何学且つ化学的構造に基づいてナノ目盛的物質の確認をできる。
【００１７】
この発明のある構成では、この方法中にガス状造影剤が予め設置される。これは、特に好ましくは、造影剤が画像撮影の際にトンネル接触の一部である走査トンネル顕微鏡の尖端或いは試料の少なくとも一方における少なくとも一つの箇所には予め設置され得ることを奏する。
【００１８】
造影剤として、例えば水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）或いは他の、特に原子重量に関して軽いガスが選択され得る。軽いガスの量子特性は大きなコントラストを備える試料の走査中に好ましくはトンネル接触の主要値に切り換える。これら挙げられたガス種の複数から成る混合気を予め設置することが考慮できる。
【００１９】
ネオン，Ｏ２，ＣＯ，ＮＯｘ，Ｎ２，Ｎ２Ｏ，ＣＯ２や同様に構成された分子も造影剤として考慮できる。
【００２０】
この発明の範囲内では、このガス或いは他の特に原子重量に関して軽いガスが走査トンネル顕微鏡における造影剤として試料の原子幾何学化学的構造を明瞭化されることが認識された。
【００２１】
特に低温走査トンネル顕微鏡に水素或いは他の適したガスにより修正されたトンネル接触の使用の場合には、ガスが好ましくは顕微鏡のトンネル接触に凝結され、そこで造影剤としての作用を詳しく説明され、局部的電子状態密度（ＬＤＯＳ）の代わりに、今まで知られた電子走査トンネル顕微鏡コントラストが検査物の原子幾何学化学的構造を明確に明瞭化させる。この新たなコントラストは、以下に走査トンネル水素顕微鏡コントラスト、短くＳＴＨＭコントラストと呼ばれる。顕微鏡の尖端がこの方法中に造影剤により増感される。
【００２２】
出来るだけ良い原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストを導く使用された造影剤の最適分量、即ち準備すべき材料量は、使用された顕微鏡、使用された配量装置とそれら両方を囲む周囲、つまり万一の現冷却壁、真空室などに依存している。最適分量が一回限りに顕微鏡に知らされなければならなく、それぞれの構成用の他の実験で確かな成果を与える。
【００２３】
最も簡単な場合には、顕微鏡の周囲、例えば真空室がガス状造影剤により溢れる。
【００２４】
トンネル電圧Ｕとトンネル電流Ｉ（コントラスト電流手法）或いはトンネル電圧Ｕとトンネル間隔ｄ（コントラスト間隔手法）のＳＴＨＭに最適な値は顕微鏡、トンネル尖端と試料に依存している。従来の電子ＳＴＭ画像を許可するＵとＩのすべての値は、開始値としてこの発明のＳＴＨＭ方法に使用され得る。顕微鏡、トンネル尖端と試料からの一定組合せに適した値が知られているならば、走査がＳＴＨＭ手法で直接にこの値により開始され得る。
【００２５】
トンネル接触の領域のガスの濃度が現測定中に適合され得る。濃度が僅かに選択され得る。
【００２６】
試料として特に凝結した物質が選択され得る。
【００２７】
これに引き続いて行われる画像撮影は、試料の原子幾何学化学的構造を示すコントラストを有する。この方法で非常に色々の物質と表面構造がその原子幾何学化学的構造に基づいて確認され得る。
【００２８】
特にこの方法の開始中に時間中の画像とＩ／Ｕ特性曲線並びにスペクトル即ちｄＩ／ｄＵ或いはトンネル電圧Ｕに基づくトンネル電流ＩのＵの函数としてのより高い誘導が撮影される。特に好ましくは、これは、画像に基づいて特性曲線とスペクトルが決定され得て、トンネル接触の特性が造影剤の添加によって変更されたときに、局部的電子状態密度の代わりに、原子幾何学化学的構造が視覚できることを奏する。
【００２９】
Ｉ／Ｕ特性曲線には対称的にトンネル電圧０ｍＶだけ非線型性、例えば零バイアスの異常且つ負的差誘導値（図１を参照）が生じるときに、特に画像が改良されたコントラストにより撮影される。非線型性に基づいて、トンネル接触が試料の原子幾何学化学的コントラストを可能とする状態であることを確認される。この発明による走査トンネル顕微鏡を可能とするトンネル接触の状態の確実な指標は、ｄＩ／ｄＵスペクトルで対称的に分布されてトンネル電圧０ｍＶだけ現れるか、或いは零バイアスの異常に、即ちトンネル電圧０ｍＶまでの誘導値の降下（図１のように）或いは上昇である鋭い下方に向くピークの負的差誘導値である。ピークが負的差誘導値を生じるトンネル電圧ＵＮＤＣ（ｎｄｃ＝負的差インダクタンス）は特において１０と５０ｍＶの間に変更し、他の場合には、１００ｍＶやそれ以上まで変更する。
【００３０】
トンネル接触がトンネル電圧に依存して低伝導性状態（図１の領域１を参照）に或いは高伝導性状態（領域２）に存在するときに、この方法が好ましく実施される。調整されたトンネル電圧によって、好ましくは局部的電子状態密度と原子幾何学化学的コントラストの間に前後に切り換えられ、それによって電子的と原子幾何学的構造が同一検査物を完全に一致して測定される。
【００３１】
この発明の他の特に好ましい構成では、画像撮影はおよそ−１００ｍＶからおよそ＋１００ｍＶまでの僅かな電圧で実施される。この電圧領域には、原子幾何学的コントラストが特に良く視覚できる。
【００３２】
画像の撮影のために、定電流手法或いは定間隔手法が選択される。実験の要件に依存して両従来の手法がその公知の利点を備えて使用され得る。
【００３３】
画像がトンネル尖端の幾何学によって且つこの方法中に最適化され得る。さらに、画像がＩ／Ｕ特性曲線に基づいて且つｄＩ／ｄＵスペクトルに基づいて最適化され得る。
【００３４】
同様に、画像が公知の走査トンネル顕微鏡の公知の分光学模写、即ちトンネル電圧Ｕに基づくトンネル電流Ｉの誘導の模写の使用によって撮影され得る。
【００３５】
副請求項によると、この方法を実施する走査トンネル顕微鏡は尖端の領域或いは試料保持体の領域の少なくとも一方に造影剤用の配管を有する。これは、好ましくは、造影剤が直接にトンネル接触の領域に案内され、造影剤が他の領域或いは箇所に出来るだけ望まれない作用を発展させることなしに、そこに設置され得ることを奏する。
【００３６】
配管、特にノズルを備える加熱可能な毛細管によって造影剤がガス状にノズルにまでもたらされ、試料或いは尖端の直接的周囲で初めて凝結される。又は、造影剤を毛細管で凍結でき、制御された加熱によって非常に精密に分配されて尖端領域にもたらされる。
【００３７】
配管或いは毛細管の流出開口では、顕微鏡は好ましくは、低温走査トンネル顕微鏡として実施される。それによって好ましくは、全試験配列或いは顕微鏡の直接に必要な領域のみが冷却される。冷却手段として、低温状態と使用された造影剤の凝結温度以下に温度を局部的に発生させる他の適した手段が配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】トンネル接触における低伝導性状態と高伝導性状態の電流とスペクトルを示す。
【図２】コントラストを変更させたＳＴＨＭ画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
さらに、この発明は、この発明思想の制限を導くことなしに実施例と添付図に基づいて説明される。
［実施例１］
【００４０】
造影剤として使用されたガスの凝結温度以下の基礎温度を備える低温走査トンネル顕微鏡では、トンネル尖端が顕微鏡の粗い接近によって表面によってトンネル接触をもたらされ、場合によっては、次の工程では、ｚ−ピエゾセラミックによって引き戻される。
【００４１】
適した装置によってガス状にガスがトンネル接触をもたらされるので、ＳＴＨＭ画像が上記原子幾何学化学的コントラストによって撮影され得るように、最終的にガスがガス供給の開始後の時間ｔ１後にトンネル接触の特性が変更されるまで、ガスがトンネル顕微鏡の冷却した表面に凝結し始める。時間ｔ１＋Δ（０≦Δ＜＜ｔ１により）後に、トンネル接触へのガスの供給が終了される。
【００４２】
この時点ｔ１を決定するために、次の方法が使用される：
（１）トンネル電流が調整された目標値Ｉを得られるまで、尖端がｚ−ピエゾセラミックによって調整されたトンネル電圧Ｕでは表面を備えるトンネル接触をもたらされる。値対（Ｕ、Ｉ）は試料からの尖端の所定間隔ｄ（トンネル間隔）を定義する。これは、試料、尖端と試料に関する尖端の横位置に依存している。
【００４３】
（２）戻し連結ループ（フィード・バック・ループ）が開放される。
【００４４】
（３）数秒から数分までの適した時間的間隔で一定尖端間隔にはＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルがおよそＵ＝−１００ｍＶ乃至＋１００ｍＶ領域に表示される。この時間中にさらに、ガスが走査トンネル顕微鏡の冷却した表面で凝結できる。
【００４５】
時間ｔ１後にＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルが変更する。これはトンネル接触の変更を信号化させる。変更の前後の典型的特性曲線とスペクトルが図１に示される。
【００４６】
ＳＴＨＭコントラストを可能とするトンネル接触の状態の確実な指標は、ｄＩ／ｄＵスペクトルを対称的に分配されてトンネル電圧０ｍＶだけ現れる鋭い下方に向くピークの負的差誘導値である。トンネル電圧が生じるトンネル電圧ＵＮＤＣは、およそ１０と５０ｍＶの間に変更し、稀な場合には、１００ｍＶやそれ以上に変更する。一定トンネル間隔ｄのために、ピークが上方へ向き得る。
【００４７】
Ｉ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルの変更後に、ＳＴＨＭ画像が撮影され得る。この時点では、尖端が僅かなトンネル電圧Ｕの際に横に試料上を走査される。
【００４８】
ＳＴＭの二つの稼働モジュールが使用され得て：定電流手法（定電流モード）と定間隔手法（定高さモード）。
【００４９】
ＳＴＨＭ画像が従来のＳＴＭに比べて変更されたコントラスト（図２を参照）を示す。ＳＴＨＭ画像を最適化するために、ＳＴＭでの通常であるように、定電流手法のトンネル電圧Ｕと電流目標値Ｉ或いは定間隔手法のトンネル電圧Ｕとトンネル間隔ｄが変更されて、それぞれの試料、尖端とそれぞれの顕微鏡のために、最適模写成果を得た。ＳＴＨＭ画像が最適化され得る別のパラメータは、トンネル尖端の幾何学である。ＳＴＨＭ画像の最適化がＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルもさらに変更させ得る。
【００５０】
同様に、ＳＴＨＭ画像がトンネル電圧Ｕに基づくトンネル電流Ｉの誘導の所謂分光学的模写の公知の方法の使用によって撮影され得る。
【００５１】
ＳＴＨＭの化学原子幾何学的コントラストとＳＴＨＭの特徴としたＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルが失われるならば、試料表面への簡単な再走査によって化学原子幾何学的コントラストがＳＴＨＭの特徴としたＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルと一緒に数秒から数分までの時間内で再作成される。両方が自発的に戻されないならば、新たなガスがトンネル接触に分配され得る。
【００５２】
化学原子幾何学的ＳＴＨＭコントラストが失われるならば、けれども、ＳＴＨＭの特徴としたＩ／Ｕ特性曲線とｄＩ／ｄＵスペクトルが残っていて、原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストがトンネル尖端幾何学の最適化によって戻され得る。
【００５３】
トンネル電圧Ｕの変更によって、電子ＳＴＭコントラストと原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストが任意にしばしば前後に切り換えられる。−［ＵＮＤＣ］＜Ｕ＜［ＵＮＤＣ］（領域２）を備えるトンネル電圧ＵのためにＳＴＨＭ画像が観察されて、明白な原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストが［Ｕ］＜＜［ＵＮＤＣ］備えるトンネル電圧Ｕ≒０で観察され得る。Ｕ≠０と［Ｕ］≦≒［ＵＮＤＣ］を備える領域−［ＵＮＤＣ］＜Ｕ＜［ＵＮＤＣ］には、画像が試料表面に関する豊富な追加情報を含有する。トンネル電圧Ｕ＜−［ＵＮＤＣ］或いはＵ＞［ＵＮＤＣ］（領域１）のために、電子ＳＴＭコントラスト（ＬＤＯＳ）の従来画像を観察する。領域１と２間のトンネル電圧Ｕの切換えが原子幾何学化学的構造並びに電子構造の同じ試料表面の直接比較を可能とする。電子構造並びに原子幾何学化学的構造の画像が領域１と２間のトンネル電圧Ｕの切換えによって各画像点に平行に撮影され得る。
【００５４】
出来るだけ良い原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストに導く使用されたガスの最適分配量、即ち準備すべき材料量は、使用された顕微鏡、使用された分配装置とそれら両方を包囲する周囲、例えば万一の現冷却壁、真空室などに依存している。最適分配量が一回限りで検出され、それぞれの構成の他の実験で確実な成果を与える。
【００５５】
トンネル電圧Ｕとトンネル電流Ｉ（定電流手法）或いはトンネル電圧Ｕとトンネル間隔ｄのＳＴＨＭに最適な値が顕微鏡、トンネル尖端と試料に依存している。ＵとＩのすべての値は、従来の電子ＳＴＭ画像を可能とし、ＳＴＨＭ用の開始値として使用され得る。一定組合せのために、顕微鏡、トンネル尖端と試料を最適化した値が知られているならば、ＳＴＨＭ手法の走査が直接にこれら値により開始され得る。
［実施例２と３］
【００５６】
実施例２と３（図１と図２）：
これら実施例は実施例１に基づく方法を包含する。補足的に適用される。
【００５７】
製品創作のヘリユウム浴低温状態と二つの閉鎖冷却壁を備える極超真空低温走査トンネル顕微鏡が使用されていた。これらは極超真空室の７７Ｋで外部冷却壁と４．２Ｋで内部冷却壁とを有する。
【００５８】
分配装置として、手動稼働分配弁を備えるガス入口が冷却壁と顕微鏡が存在する極超真空室に使用されていた。
【００５９】
尖端がｚピエゾセラミックによって引き戻されるので、ガス弁が操作の際に機械的振動によって尖端衝突を生じることなしに、ガス弁が操作され得た。弁の操作が機械的故障を生じないことが保証されるときに、選択的に尖端が次の工程中にトンネル接触にもそのままにされている。
【００６０】
分配過程中にポンプが極超真空室に接続されている。
【００６１】
分配弁は、極超真空室で測定された圧力が値ｐに上昇するように幅広に開放されていた。分配過程中におよそ５ｍｍ直径を備えるフラップが両冷却壁で開放されたので、ガスが邪魔されずに顕微鏡へ流れ得た。時間ｔ１後直ぐに、分配弁が閉鎖された。
【００６２】
分配弁の閉鎖後に、トンネル尖端がｚピエゾセラミックによって試料を備えるトンネル接触に移動された。
【００６３】
とりわけ、図１に適用される：
ｐ＝６．４×１０１／９ｍｂａｒ，ｔ１＝６．５ｈ．ガスとして、水素（Ｈ２）が使用された。試料はＰＴＣＤＡ／Ａｇ（１１１）である。ＰＴＣＤＡは３，４，９，１０−ペルレンテトラカルボン酸−ジアンハイドリド（Ｐｅｒｙｌｅｎｔｅｔｒａｃａｒｂｏｎｓａｕｒｅ−Ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄ）である。
【００６４】
図１の上画像部分の特性曲線は縦方向にＹ軸線上に下方に次の値だけ移動されている：特性曲線ａ＝０ｐＡ，特性曲線ｂ＝２００ｐＡ，特性曲線ｃ＝４００ｐＡ，特性曲線ｄ＝６００ｐＡ，特性曲線ｅ＝８００ｐＡ。
【００６５】
図１の下画像部分には、同様にずれたｄＩ／ｄＵスペクトルが示されている。スペクトルａ−ｅは縦方向にＹ軸線上に下方に移動されている。
【００６６】
すべてのスペクトルｂ−ｅが−５０ｍＶより少ない且つ＋５０ｍＶより大きいバイアス電圧では移動されていなく、移動されていないスペクトルａの値を示す。
【００６７】
上特性曲線ａと上スペクトルａは水素の流入前に撮影されている。特性曲線ｂとスペクトルｂが時間ｔ１で撮影されていた。特性曲線ｃとスペクトルｃがｔ１＋２２ｍｉｎ．で撮影されていた。特性曲線ｄとスペクトルｄがｔ１＋８０ｍｉｎ．で撮影されていた。特性曲線ｅとスペクトルｅがｔ１＋１４ｈ．で撮影されていた。すべての曲線が中央にＰＴＣＤＡ分子によって撮影されていた。スペクトルの測定前にトンネル尖端がＵ＝−０．３４０Ｖ，Ｉ＝０．１ｎＡで安定化された。
【００６８】
とりわけ、図２に適用される：
ｐ＝３×１０１／８ｍｂａｒ，ｔ１＝１ｍｉｎ．ガスとして、重水素（Ｄ２）が使用されていた。試料はＰＴＣＤＡ／Ａｇ（１１１）である。
【００６９】
（ａ）５×５ｎｍ２定電流画像が従来の電子ＳＴＭコントラストを備えて、Ｉ＝０．１ｎＡ，Ｕ＝−０．３４０Ｖ，で撮影された。
【００７０】
（ｂ）（ａ）から成る試料表面の５×５ｎｍ２定間隔−ｄＩ／ｄＵ−画像が原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストモジュールで撮影された。画像の撮影前にトンネル尖端がトンネル電圧Ｕ＝−０．０１０Ｖとトンネル電流Ｉ＝１ｎＡで試料表面とトンネル接触をもたらされた。画像の撮影の際のトンネル電圧はＵ＝０Ｖに成った。画像が閉じ込め増幅器（Ｌｏｃｋ−ｉｎ−Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で撮影された（変調増幅４ｍＶ、変調周波数６２６Ｈｚ）。上左隅には、ＰＴＣＤＡ／Ａｇ（１１１）の有名な原子構造が嵌め込まれている。
【００７１】
（ｃ）（ｂ）から成る拡大された断面、１×１．５ｎｍ２。
【００７２】
（ｄ）誘導されたＰＴＣＤＡ分子の構造式。
【００７３】
記載された非線型性を発生させるスイッチが造影剤なしにも原子幾何学化学的ＳＴＨＭコントラストを可能とするために充分であることが考慮できる。
【図１】
2011503589.tif 000003
【図２ａ】
2011503589.tif 000004
【図２ｂ】
2011503589.tif 000005
【図２ｃ】
2011503589.tif 000006
【図２ｄ】
2011503589.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月1日(2009.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像撮影の際にトンネル接触の一部である走査トンネル顕微鏡の尖端或いは試料の少なくとも一方における少なくとも一つの箇所には、画像撮影の前或いは画像撮影中に造影剤が予め設置され、一方、この箇所で温度が造影剤の凝固温度以下或いは同じに調整され、走査トンネル顕微鏡により試料を検査する方法において、造影剤として、水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）を選択することによって試料の原子幾何学化学的構造が表れることを特徴とする方法。
【請求項２】
ガス状造影剤を選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ある時間中に画像とＩ／Ｕ特性曲線或いはスペクトル即ちｄＩ／ｄＵ或いはトンネル電圧Ｕに基づくトンネル電流Ｉのより高い誘導が撮影されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
【請求項４】
Ｉ／Ｕ特性曲線には対称的に分布されてトンネル電圧０ｍＶだけ非線型性が生じるときに、画像が撮影されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
同時に画像が原子幾何学化学的コントラストと電子コントラストで撮影されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
画像撮影がおよそ−１００ｍＶからおよそ＋１００ｍＶまで、特に−５０ｍＶ乃至＋５０ｍＶまでの僅かな電圧で実施されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
水素（Ｈ２）或いは重水素（Ｄ２）或いはトリチウム（Ｔ２）或いはＨＤ（水素−重水素）或いはＨＴ（水素−トリチウム）或いはＤＴ（重水素−トリチウム）或いはヘリウム（Ｈｅ）を造影剤として走査トンネル顕微鏡に使用し、この造影剤が凝結温度以下に予め設置することを特徴とする使用方法。
【国際調査報告】
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