(57)【要約】【課題】走査型プローブ顕微鏡による測定画像の数値シミュレーションのための探針先端構造を効率的に設計し、より的確に測定画像の解析を行なうための探針設計支援方法、探針設計支援システム及び探針設計支援プログラムを提供する。【解決手段】制御手段２０が、仮想３Ｄ空間に設定された結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各原子の座標を原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶する。制御手段２０は、ミラー指数設定処理部２１１を介して取得したミラー指数と、切断位置設定処理部２１２により取得した切断位置から特定される切断面の境界条件に基づいて、原子配置リストデータ記憶部２２０から削除する仮想原子を特定する。制御手段２０は、切断面により切断されて成形された探針の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータを用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援するシステムであって、
前記制御コンピュータが、
仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶手段と、
結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得手段と、
前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示手段と、
前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理手段と
を備えたことを特徴とする探針設計支援システム。
【請求項２】
前記表示変更処理は、前記不安定状態の仮想原子を削除して表示することを特徴とする請求項１に記載の探針設計支援システム。
【請求項３】
前記表示変更処理は、すべての仮想原子が安定状態になるまで削除を繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の探針設計支援システム。
【請求項４】
前記表示変更処理は、
前記データ記憶部に記憶された仮想原子の座標に基づいて、結晶構造体に形成された凸胞によりファセットを特定し、
このファセットを構成する仮想原子の総数及び仮想原子の近隣原子との結合ボンドの数を計数し、
前記仮想原子の総数と前記結合ボンドの数から前記ファセットにおけるダングリングボンドの総数を算出し、このダングリングボンドの総数を表面の仮想原子で除算した原子数割合を算出して、この原子数割合から不安定状態のファセットを特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の探針設計支援システム。
【請求項５】
データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータを用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援する方法であって、
前記制御コンピュータが、
仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶段階と、
結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得段階と、
前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示段階と、
前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理段階と
を実行することを特徴とする探針設計支援方法。
【請求項６】
データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータ
を用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援するプログラムであって、
前記制御コンピュータを、
仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶手段、
結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得手段、
前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示手段、及び
前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理手段
として機能させることを特徴とする探針設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査プローブ顕微鏡の測定画像について数値シミュレーションを行なう際に用いる探針の原子構造の設計を支援する探針設計支援システム、探針設計支援方法及び探針設計支援プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料表面の細かい形状や性質を測定するための顕微鏡の１つに、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ；Scanning Probe Microscope）がある。この走査型プローブ顕微鏡は、先の鋭
い針（探針）を試料に近づけて、探針と試料との間の発生する原子間力の引力や斥力、電流（トンネル電流）などの物理的現象を測定する。これにより、試料表面の形状や性質を原子レベルで測定することができる。
【０００３】
走査型プローブ顕微鏡に用いられる探針は、この顕微鏡の分解能や安定性のために、先端が原子レベルで鋭く、かつ先端の原子が安定であることが必要とされている（例えば、特許文献１参照。）。このために、特許文献１に記載の技術では、走査型プローブ顕微鏡で用いられる探針先端に、加熱した原料基板からの原子移動によって原料からなる微結晶のナノピラー（先端突起）を成長させる。そして、加熱されることにより基板の原子同士の結合が切れて、基板の原子は、基板よりも低温の探針の先端部へ移動して再結晶化する。これにより、より安定した状態の電子によって、探針の先端に小さな突起が形成される。
【０００４】
また、非常に鋭く細い円錐状の安定な先端一原子の探針を作成する技術が特許文献２に開示されている。この特許文献２に記載の技術においては、測定用探針を用いて、被加工探針の原子配置を観察する。観察の結果、被加工探針において、取り除くべき原子又は付加すべき原子又は動かす原子等を決定する。そして、両探針間に、適切な電圧かつ極性で、パルスを単発又は繰り返して印加して、決定した原子を除去、加工又は移動させて被加工探針の先端に一原子だけ安定に突出させ、鋭い先端一原子の探針を作製する。
【特許文献１】特開２００４−２７９３４９号公報（第１頁、図２〜図３）
【特許文献２】特開平８−１７８９３５号公報（第１頁、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、走査型プローブ顕微鏡による測定画像を解析するため、試料表面と探針先端の原子スケールでの状態の数値計算によるシミュレーションが行なわれている。従来のシミュレーションでは、例えば図２２に示すように、探針先端の原子構造をシンプルな形状にモデル化した探針構造が用いられていた。この探針構造では、原子を規則正しく並べたものであり、このような探針構造に関する原子配置（原子座標）のデータファイルは、配置の規則性を利用して容易に作成できる。
【０００６】
しかし、現実の探針の先端形状は、このようなシンプルな形状とは限らない。例えば図２３に示すように、多数の面で構成された複雑な形状をしている方が多い。この探針の複雑な形状は、走査型プローブ顕微鏡による実際の測定画像にも影響を与える。このように複雑な形状の探針構造に関する原子配置のデータファイルを作成するためには、手作業による編集で試行錯誤を繰り返すことが必要であった。従って、現実の複雑な探針構造でシミュレーションを行なうことは難しい状況にあった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされ、走査型プローブ顕微鏡による測定画像の数値シ
ミュレーションのための探針先端構造を効率的に設計するための探針設計支援方法、探針設計支援システム及び探針設計支援プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータを用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援するシステムであって、前記制御コンピュータが、仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶手段と、結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得手段と、前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示手段と、前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理手段とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の探針設計支援システムにおいて、前記表示変更処理は、前記不安定状態の仮想原子を削除して表示することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の探針設計支援システムにおいて、前記表示変更処理は、すべての仮想原子が安定状態になるまで削除を繰り返すことを要旨とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の探針設計支援システムにおいて、前記表示変更処理は、前記データ記憶部に記憶された仮想原子の座標に基づいて、結晶構造体に形成された凸胞によりファセットを特定し、このファセットを構成する仮想原子の総数及び仮想原子の近隣原子との結合ボンドの数を計数し、前記仮想原子の総数と前記結合ボンドの数から前記ファセットにおけるダングリングボンドの総数を算出し、このダングリングボンドの総数を表面の仮想原子で除算した原子数割合を算出して、この原子数割合から不安定状態のファセットを特定することを要旨とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータを用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援する方法であって、前記制御コンピュータが、仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶段階と、結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得段階と、前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示段階と、前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理段階とを実行することを要旨とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、データを入力する入力手段と、データを出力する出力手段に接続され、仮想空間に設定された仮想原子の座標に関するデータを記憶するデータ記憶部を有する制御コンピュータを用いて、走査プローブ顕微鏡に用いる探針の設計を支援するプログラムであって、前記制御コンピュータを、仮想空間に設定され、探針を構成する結晶構造体の内部に仮想原子を配置して、各仮想原子の座標を前記データ記憶部に記憶する記憶手段、結晶面方位と切断位置に関するデータを、前記入力手段を介して取得する取得
手段、前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう削除表示手段、及び前記結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数を計数し、この結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、これらの仮想原子の表示変更処理を行なう表示変更処理手段として機能させることを要旨とする。
【００１３】
（作用）
請求項１、５又は６に記載の発明によれば、制御コンピュータは、前記結晶面方位と切断位置に基づいて決定される境界条件を用いて、前記結晶構造から削除する仮想原子を特定し、前記データ記憶部に記憶した仮想原子の座標を用いて、これら仮想原子の削除表示を行なう。更に、制御コンピュータは、結晶構造体の表面に位置する各仮想原子の結合ボンドの数に基づいて不安定状態を特定し、この仮想原子の表示変更処理を行なう。このため、結晶面方位と切断位置から仮想原子を削除して探針の形状を求め、更にこの探針の不安定原子を特定して表示を行なうことにより、切断面を用いて、効率的に構造体を形成することができる。更に、この探針の先端構造を用いて、走査型プローブ顕微鏡による測定画像の数値シミュレーションにおいて、より的確な計算を行ない、精度を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、不安定状態の仮想原子を削除して表示するので、より安定した状態の探針の形状を表示することができる。
請求項３に記載の発明によれば、すべての仮想原子が安定状態になるまで削除を繰り返すことにより、不安定な仮想原子や不安定なファセットを連鎖的に取り除いて探針構造を安定にするので、実際の表面現象を考慮した探針を構成することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、結晶構造体に形成された凸胞によりファセットを特定し、このファセットを構成する仮想原子の総数及び結合ボンドの数を計数する。そして、これらからダングリングボンドの総数を算出し、このダングリングボンドの総数を表面の仮想原子で除した原子数割合を算出し、この原子数割合から不安定状態のファセットを特定する。従って、不安定状態のファセットを特定して除去することにより、不安定な仮想原子や不安定なファセットを取り除いて探針構造を安定にするので、実際の表面現象を考慮した探針を構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、走査型プローブ顕微鏡による測定画像の数値シミュレーションのための探針先端構造を効率的に設計し、より的確に測定画像の解析を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した探針設計支援システムの一実施形態を図１〜図２１に基づいて説明する。本実施形態の探針設計支援システムは、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ；Scanning Probe Microscope）の探針を、ダイヤモンド構造の結晶を用いて設計支援するた
めのシステムとして説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態における探針設計支援システムは、入力手段１５、出力手段１６及び制御手段２０から構成されている。
入力手段１５は、制御手段２０に各種データや指示を入力するための手段であり、例えば、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）などを用いる。そして、入力手段１５は、具体的には、単位構造、ミラー指数、切断位置及び対称性選択に関するデータを取得して、制御手段２０に供給する。
【００１９】
出力手段１６は、制御手段２０の処理結果を出力するための手段である。本実施形態では、出力手段１６として、例えば３次元グラフィックスによる表示を行なうためのディスプレイなどの表示装置を用いる。
【００２０】
一方、制御手段２０は、後述する処理（記憶段階、取得段階、削除表示段階及び表示変更処理段階等を含む処理）を行なう。このための探針設計支援プログラムを実行することにより、制御手段２０は、記憶手段、取得手段、削除表示手段及び表示変更処理手段等として機能する。
【００２１】
制御手段２０は、単位構造設定処理部２０１、原子配置リスト作成処理部２０６、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２、対称性設定処理部２１３、切断面生成処理部２１５、配置リスト更新処理部２１６及び原子配置リストデータ記憶部２２０を備えている。
【００２２】
単位構造設定処理部２０１は、探針を構成する結晶構造体の仮想原子の配置を特定するための単位構造に関するデータを設定する。この単位構造設定処理部２０１は、入力手段１５を介して単位構造に関するデータを取得し、メモリに記憶する。この単位構造データは、結晶構造の種別（ボンド数、ボンド角）と原子間隔（ボンド長）を特定するためのデータを含んで構成される。なお、結晶構造に関するデータについては、予めメモリに記憶させておくことも可能である。
【００２３】
原子配置リスト作成処理部２０６は、単位構造設定処理部２０１に記録された単位構造データに基づいて、仮想３次元空間（３Ｄ空間）における結晶構造体の仮想原子の原子配置リストを生成する。この原子配置リスト作成処理部２０６は、結晶構造体を切断する前の各仮想原子の配置座標を含む原子配置リストを作成する。
【００２４】
ミラー指数設定処理部２１１は、入力手段１５を介して、結晶構造体を切断するための結晶面方位に関するデータを設定する。このミラー指数設定処理部２１１は、入力手段１５を介して、結晶構造体を切断するための結晶面方位に関するデータを取得し、このデータをメモリに記憶する。本実施形態では、このミラー指数により結晶構造体を切断する切断面を特定する。ここでは、ミラー指数は、（ａm ｂm ｃm ）で表現される。ここで、ａm，ｂm，ｃmは、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する値である。
【００２５】
切断位置設定処理部２１２は、切断面の切断位置ｄmに関するデータを設定する。この
切断位置設定処理部２１２は、入力手段１５を介して、切断面の切断位置ｄmに関するデ
ータを取得し、このデータをメモリに記憶する。この切断位置ｄmに関するデータは、ミ
ラー指数設定処理部２１１に記憶されたミラー指数と対応付けられて記憶される。本実施形態では、切断位置として原点からの深さを用いる。そして、このミラー指数と切断位置により、切断面を表現する方程式を算出することができる。
【００２６】
対称性設定処理部２１３は、切断面の対称性を設定する。この対称性設定処理部２１３は、入力手段１５を介して、切断面の対称性の選択に関するデータを取得し、このデータをメモリに記憶する。本実施形態では、Ｚ軸に対する対称性として、「１回対称」、「２回対称」、「３回対称」、「４回対称」、「６回対称」を選択することができる。「１回対称」が選択された場合、図７に示すように、指定された切断面のみ（対称性なし）で切断が行なわれる。「２回対称」が選択された場合、図８に示すように、ミラー指数設定処理部２１１及び切断位置設定処理部２１２により設定された切断面を１８０度回転させた切断面を生成し、この２面を用いて切断が行なわれる。また、「３回対称」が選択された場合、１２０度ずつ回転させた切断面を生成し、この３面で切断が行なわれる。同様に、４回対称が選択された場合、図９に示すように、９０度ずつ回転させた切断面を生成し、
この４面で切断が行なわれる。更に、６回対称が選択された場合には、６０度ずつ回転させた切断面を生成し、この６面で切断が行なわれる。
【００２７】
なお、本実施形態では、当初の結晶構造体として直方体が設定されている。このため、プログラムの起動時には、初期値として、ミラー指数設定処理部２１１にはミラー指数（００１）及び（０１０）、切断位置設定処理部２１２には所定値、対称性設定処理部２１３には４回対称に関するデータが記憶されている。これらのミラー指数、切断位置、対称性を用いることにより、初期的に３Ｄ空間に直方体を生成することができる。
【００２８】
一方、図１に示す切断面生成処理部２１５は、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２及び対称性設定処理部２１３の各メモリに記憶された各データに基づいて、結晶構造体の切断に用いる結晶面を表現する方程式を生成する。具体的には、まず、ミラー指数設定処理部２１１において記憶されたミラー指数と、切断位置設定処理部２１２において記憶された切断位置に基づいて切断面を表現する方程式を算出する。更に、対称性設定処理部２１３においてｋ回対称（ｋ＞１）の設定が記憶されている場合には、ミラー指数を「３６０／ｋ」度ずつ回転させた切断面を表現する方程式を算出する。
【００２９】
配置リスト更新処理部２１６は、結晶構造体を結晶面で切断して残った仮想原子についての原子配置リストを生成する。具体的には、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録された配置座標に対して、切断面生成処理部２１５で生成した判断式＝０を境界条件として、切断される仮想原子を特定して、この仮想原子の配置座標を削除する。
【００３０】
原子配置リストデータ記憶部２２０は、３Ｄ空間に配置された仮想原子の配置座標に関するデータを記憶する。この原子配置リストデータは、原子配置リスト作成処理部２０６によって作成されたときに登録され、配置リスト更新処理部２１６，２３５によって更新される。なお、この原子配置リストデータ記憶部２２０には、原子同士の結合を示すボンドに関するデータも記憶する。
【００３１】
更に、制御手段２０は、ファセット抽出手段２３１、結合ボンド数算出手段２３２、不安定原子特定処理部２３３、不安定ファセット特定処理部２３４、配置リスト更新処理部２３５及び３Ｄ表示制御手段２４０を備えている。
【００３２】
ファセット抽出手段２３１は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストに基づいて配置された仮想原子によって構成される凸胞を特定し、この凸胞表面に形成された小面（ファセット）を抽出する。
【００３３】
結合ボンド数算出手段２３２は、ファセットを構成する仮想原子の結合ボンド数を算出する。
不安定原子特定処理部２３３は、後述するように、個々の仮想原子の結合ボンド数に基づいて不安定原子を特定する。このため、不安定原子特定処理部２３３は、不安定原子を判断するためのボンド数についての基本本数に関するデータを保持する。本実施形態では、基本本数として「１」が予め記録されている。
【００３４】
不安定ファセット特定処理部２３４は、後述するように、ファセットを構成する各仮想原子の結合ボンド数に基づいて不安定ファセットを特定する。
配置リスト更新処理部２３５は、不安定原子特定処理部２３３において特定された不安定原子や、不安定ファセット特定処理部２３４において特定された不安定ファセットを削除して仮想原子の原子配置リストを更新する。
【００３５】
３Ｄ表示制御手段２４０は、逐次、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されてい
る原子配置リストデータを取得し、この原子配置リストデータに基づいて３Ｄ空間に形成された探針の形状を表示するためのデータを生成する。本実施形態では、３Ｄ表示制御手段２４０は、図１０、図１１、図１６に示す表示画面１００を出力手段１６に表示させる。この場合、３Ｄ表示制御手段２４０は、ＧＵＩによって選択された視座や表示形式に関するデータを取得し、これに応じて３Ｄモデル画像データを生成する。
【００３６】
次に、上述のように構成されたシステムにおいて、探針の設計支援を行なう場合の処理について、図２〜図２１を用いて説明する。
まず、本実施形態では、３Ｄ空間に結晶構造体を生成する原子配置リスト生成処理と、この結晶構造体を切断面で加工を行なう結晶面切断処理とを行なう。更に、不安定原子削除処理又は不安定ファセット削除処理を行なう。これらの処理の概略について図２を用いて説明する。具体的には、以下の処理を実行する。
（１）探針先端の原子配置と連続体としての面配置を３Ｄ表示する。
（２）図２（ａ）に示すように、ある向きの面でこの柱状物体を切断するとして、交差する切断面を計算する。
（３）図２（ｂ）に示すように、切断面より下部の仮想原子を切断で残る仮想原子として３Ｄ表示する。切断面より下部の連続体の断面を再構成して３Ｄ表示する。
（４）図２（ｃ）に示すように、残る仮想原子のうち表面原子が構成する多数の小面（ファセット）を認識して３Ｄ表示する。
【００３７】
以下、具体的な処理を詳述する。
（原子配置リスト生成処理）
探針の設計支援を行なう場合、制御手段２０は、図３に示すように、まず仮想原子の原子配置リストを生成する。具体的には、制御手段２０の単位構造設定処理部２０１が、探針の単位構造についてのデータを取得する（ステップＳ１−１）。この場合、結晶構造体の単位構造（例えば、体心立方格子構造やダイヤモンド構造など）を特定するためのデータを、入力手段１５を介して取得し、メモリに記憶する。そして、単位構造設定処理部２０１は、入力手段１５から取得した単位構造データを原子配置リスト作成処理部２０６に供給する。
【００３８】
原子配置リスト作成処理部２０６は、結晶構造における仮想原子の原子配置リストを生成する（ステップＳ１−２）。具体的には、原子配置リスト作成処理部２０６は、取得した結晶構造（ボンド数、ボンド角、ボンド長）に対応させて、３Ｄ空間に仮想原子を配置する。そして、原子配置リスト作成処理部２０６は、設定された原点に対して配置した各仮想原子のＸ，Ｙ，Ｚ座標を算出する。そして、原子配置リスト作成処理部２０６は、すべての仮想原子の配置座標を含めた初期原子配置リストを生成する。
【００３９】
そして、原子配置リスト作成処理部２０６は、生成した原子配置リストを原子配置リストデータ記憶部２２０に記録する（ステップＳ１−３）。この原子配置リストに記録された座標を用いて、３Ｄ空間に３次元モデルを生成することができる。
【００４０】
（初期値による結晶面切断処理）
次に、図４、図１２〜図２１を用いて、結晶面切断処理について詳述する。
制御手段２０は、切断面を表すミラー指数（ａm ｂm ｃm ）と、これに対する切断位置ｄmに関するデータを取得する（ステップＳ２−１）。具体的には、制御手段２０の切断
面生成処理部２１５は、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２、対称性設定処理部２１３の各メモリに記憶されたミラー指数、切断位置、対称性に関するデータを取得する。上述のように、プログラムの起動時には、初期値として、ミラー指数設定処理部２１１にはミラー指数（００１）及び（０１０）、切断位置設定処理部２１２には所定値、対称性設定処理部２１３には４回対称に関するデータが記憶されている。
【００４１】
次に、制御手段２０は、すべての原子配置に対して、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２、対称性設定処理部２１３によって設定された結晶面によって結晶構造体を加工する切断処理を行なう。
【００４２】
ここでは、まず、切断面生成処理部２１５が、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２に記憶された数値を用いて、以下の判断式を生成する。
ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝［ａm］＊［ｘ］＋［ｂm］＊［ｙ］＋［ｃm］＊［ｚ］＋［ｄm］
更に、対称性設定処理部２１３によって設定された対称性に基づいて、ｋ回対称の判断式を算出する。具体的には、切断面生成処理部２１５は、結晶面の回転に対応させてミラー指数を変更した判断式を生成する。そして、切断面生成処理部２１５は、これらの判断式を一時的に記憶する。
【００４３】
次に、配置リスト更新処理部２１６は、判断式への代入を行なう（ステップＳ２−２）。具体的には、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録された各仮想原子の配置座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）を取得し、判断式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）に代入する。
【００４４】
そして、算出結果ｆ（ｘn，ｙn，ｚn）が０よりも大きい場合（ステップＳ２−３にお
いて「ＮＯ」の場合）、配置リスト更新処理部２１６は、原子配置リストデータ記憶部２２０から、この座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）に関するデータの削除処理を実行する（ステップＳ２−４）。
【００４５】
一方、算出結果ｆ（ｘn，ｙn，ｚn）が０以下の場合（ステップＳ２−３において「Ｙ
ＥＳ」の場合）、ステップＳ２−４の削除処理をスキップする。この結果、この座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）の仮想原子は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストに残ることになる。そして、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されているすべての原子配置について、ステップＳ２−２〜Ｓ２−４を繰り返して行なう。
【００４６】
すべての原子配置についてステップＳ２−２〜Ｓ２−４の切断処理を完了した場合には、制御手段２０は、他に切断面があるかどうかを確認する（ステップＳ２−５）。例えば、初期値の場合、４回対称が設定されているため、ミラー指数（０１０）に対して、４個の判断式が生成されている。そこで、他に切断処理を行なっていない判断式が残っている場合（ステップＳ２−５において「ＮＯ」の場合）には、この判断式を用いてステップＳ２−１〜Ｓ２−４を繰り返し行なう。
【００４７】
一方、すべての判断式を用いて切断処理を終了している場合（ステップＳ２−５において「ＹＥＳ」の場合）には、結晶面切断処理を終了する。
なお、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、逐次、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストデータに基づいて表示データを生成し、出力手段１６にデータを供給して表示を行なう。
【００４８】
（表示画面）
次に、出力手段１６に出力される表示画面の説明を行なう。３Ｄ表示制御手段２４０は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストのデータを取得し、このデータに基づいて３Ｄモデルを生成し、特定の視座からの３Ｄモデル画像データを生成する。そして、３Ｄ表示制御手段２４０は、３Ｄモデル画像データを、出力手段１６に出力させる。
【００４９】
この場合、原子配置は、図１０に示すように、表示画面１００の表示パネル部１１０に表示される。この表示パネル部１１０には、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録さ
れた原子配置の形状の３Ｄモデル画像を表示させる。なお、この表示パネル部１１０に出力された３Ｄモデル画像は、マウスを用いたドラッグ操作により視座を変えて、向きや位置を変更することができる。
【００５０】
次に、図１１を用いて、表示画面１００について説明する。
表示画面１００は、表示パネル部１１０及び制御パネル部１２０を含む。制御パネル部１２０には、ＧＵＩにより実現される。具体的には、表示形式を選択するためのチェックボックス１２１，１２２，１２３、切断面の対称性を選択するためのリストボックス１２５を含む。表示形式を選択するチェックボックスには、「ｖ」チェックボックス１２１、「ｓ」チェックボックス１２２、「ｆ」チェックボックス１２３がある。「ｖ」チェックボックス１２１は、原子位置を表す「点」と結合ボンドを表す「線」とを表示させるための選択手段である。「ｓ」チェックボックス１２２は、連続体を切断した切断面を表示させるための選択手段である。「ｆ」チェックボックス１２３は、表面原子が実際に構成している小面（ファセット）を表示するための選択手段である。
【００５１】
更に、制御パネル部１２０には、切断面を選択するためのチェックボックスと、各切断面に対応して切断位置を調整するためのスライダとを含む。ここでは、チェックボックスは、切断面を示すミラー指数（ａm ｂm ｃm ）を設定するために用いる。スライダは、各切断面に対応して切断面の切断位置ｄmを設定するために用いる。なお、このスライダは
、選択されたチェックボックスのミラー指数に対応して調整可能となる。また、本実施形態では、スライダの位置が左側にある程、切断位置ｄmが小さくなり、結晶構造体を深く
切り取ることになる。
【００５２】
更に、制御パネル部１２０には、不安定原子を除去するための不安定原子除去チェックボックス１３０、図示しない不安定ファセットを除去するための不安定ファセット除去チェックボックスがあり、不安定原子又は不安定ファセットの一方を自動的に除去できる。また、制御パネル部１２０には、原子の配置が乱数による擾乱を受けた後の構造最適化計算を行なうための実行ボタン１４０が含まれる。
【００５３】
（入力操作による結晶面切断処理）
ここで、ミラー指数のチェックボックスとスライダとを利用して、新たに切断面を設定した場合の処理を説明する。ここでは、まず、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録された原子配置リストをリセットして初期原子配置リストを生成した後で、上述の結晶面切断処理と同様な処理が実行される。
【００５４】
ここでも、制御手段２０は、切断面を表すミラー指数（ａm ｂm ｃm ）とこれに対する切断位置ｄmに関するデータを取得する（ステップＳ２−１）。ここでは、ミラー指数設
定処理部２１１及び切断位置設定処理部２１２は、それぞれ表示画面１００の制御パネル部１２０において、チェックボックスにチェックが入っているミラー指数を特定し、その切断位置に関するデータを取得する。更に、対称性設定処理部２１３は対称性に関するデータを取得する。そして、各設定処理部（２１１，２１２，２１３）は、表示画面１００の制御パネル部１２０において設定されているミラー指数、切断位置、対称性に関するデータを、各メモリに記憶する。
【００５５】
次に、制御手段２０の切断面生成処理部２１５は、ミラー指数設定処理部２１１、切断位置設定処理部２１２、対称性設定処理部２１３の各メモリに記憶されたミラー指数、切断位置、対称性に関するデータを取得する。そして、制御手段２０は、すべての原子配置に対して、ミラー指数、切断位置、対称性によって設定された切断面を用いて切断処理を行なう。具体的には、切断面生成処理部２１５は判断式を生成し、配置リスト更新処理部２１６は、各仮想原子の座標を判断式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）に代入する（ステップＳ２−２）
。そして、算出結果ｆ（ｘn，ｙn，ｚn）が０よりも大きい場合（ステップＳ２−３にお
いて「ＮＯ」の場合）、原子配置リストデータ記憶部２２０から、この座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）を削除する（ステップＳ２−４）。そして、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されているすべての原子配置について、ステップＳ２−２〜Ｓ２−４を繰り返して行なう。
【００５６】
すべての原子配置についてステップＳ２−２〜Ｓ２−４を行なった場合には、制御手段２０は、他に切断面があるかどうかを確認する（ステップＳ２−５）。他に切断処理を行なっていない判断式がある場合（ステップＳ２−５において「ＮＯ」の場合）には、この判断式を用いてステップＳ２−１〜Ｓ２−４を繰り返し行なう。
【００５７】
一方、すべての判断式について切断処理を終了している場合（ステップＳ２−５において「ＹＥＳ」の場合）には、結晶面切断処理を終了する。なお、この場合にも、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、逐次、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストデータに基づいて表示データを生成し、出力手段１６にデータを供給して表示を行なう。
【００５８】
このように、制御手段２０は、制御パネル部１２０に設定された１つのミラー指数毎に、このミラー指数に基づいて、上述した結晶面切断処理を行なう。例えば、図１６の制御パネル部１２０に示すように、「４回対称」が選択されており、初期値のミラー指数（００１），（０１０）以外に、ミラー指数（０１１）、（１１１）、（０１３）、（１１３）が設定されている場合を想定する。
【００５９】
このような場合、本実施形態では、ミラー指数の次数が小さい方から切断処理を行なう。具体的には、図１２に示す最初の形状（００１、０１０）から、図１３に示すように、まず、ミラー指数（０１１）の４回対称の切断面により一太刀目の切断が行なわれる。次に、図１４に示すように、ミラー指数（１１１）の４回対称の切断面により二太刀目の切断が行なわれる。更に、図１５に示すように、ミラー指数（０１３）、（１１３）の４回対称の切断面により、それぞれ三太刀目、四太刀目の切断が行なわれる。
【００６０】
このように、制御パネル部１２０に設定されたすべてのミラー指数の切断を行なって、図１６に示すように表示パネル部１１０に探針の形状を表示する。なお、この表示パネル部１１０には、「ｖ」チェックボックス１２１、「ｓ」チェックボックス１２２、「ｆ」チェックボックス１２３のそれぞれにチェックが入っている。このため、図１７に示す仮想原子を表示する点と結合ボンドを表示する線、図１８に示す連続体の切断面、及び図１９に示すファセットの３種類の表示が合成された探針構造の３Ｄモデル画像（図１６）が表示される。
【００６１】
（不安定原子削除処理）
次に、図５に示す不安定原子削除処理について説明する。この処理は、前述のように、不安定原子除去チェックボックス１３０が選択されている場合に実行される。
【００６２】
まず、制御手段２０のファセット抽出手段２３１が、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されている仮想原子の座標に基づいて、配置原子が構成する凸胞表面の小面（ファセット）を特定し、このファセットを構成する原子を抽出する（ステップＳ３−１）。なお、この凸胞は公知の幾何学的計算を用いて算出する。
【００６３】
次に、制御手段２０は、近隣原子との結合ボンド数の算出を行なう（ステップＳ３−２）。具体的には、制御手段２０の結合ボンド数算出手段２３２は、各ファセット上の各仮想原子について、各仮想原子が結合する隣接した仮想原子（近隣原子）の数をカウントす
る。具体的には、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録された表面原子毎に、配置座標を用いて、原子のボンド長の位置に存在する仮想原子数をカウントする。
【００６４】
そして、制御手段２０の不安定原子特定処理部２３３は、結合ボンド数と基本本数を比較する（ステップＳ３−３）。結合ボンド数が基本本数以下の場合（ステップＳ３−３において「ＹＥＳ」の場合）には、この仮想原子は不安定であると判断される。そこで、不安定原子特定処理部２３３は、この不安定原子の配置座標データを原子配置リストから削除する（ステップＳ３−４）。本実施形態では、基本本数として「１」を用いるため、不安定原子特定処理部２３３は、仮想原子が結合する近隣原子の数が「１」以下の仮想原子を、不安定原子であると特定する。そして、制御手段２０の配置リスト更新処理部２３５は、特定した不安定原子を原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されている原子配置リストから削除する。
【００６５】
そして、上述したステップＳ３−２〜Ｓ３−４の処理を、すべてのファセットを構成する仮想原子、すなわち結晶構造体の表面に位置する仮想原子について行なう。
なお、この処理においても、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されている仮想原子に基づいて３Ｄデータを生成し、このデータを出力手段１６に供給し、出力手段１６において表示する。図２０は不安定原子を削除する前のファセットの状態を示し、図２１は不安定原子を削除した後のファセットの状態を示す。
【００６６】
そして、制御手段２０は、すべての表面原子が安定しているか否かを判定する（ステップＳ３−５）。具体的には、原子配置リストデータ記憶部２２０に記録された表面原子について、結合ボンド数と基本本数とを比較して、安定性を評価する。ここで、不安定原子を削除した場合、新たなファセットが形成されるので、これらについても上述したステップＳ３−１〜Ｓ３−４の処理を繰り返す（ステップＳ３−５において「ＮＯ」）。
【００６７】
すべての表面原子が安定と判断された場合（ステップＳ３−５において「ＹＥＳ」）、制御手段２０は、不安定原子削除処理を終了する。以上のように、不安定の仮想原子を削除することにより、表面の仮想原子が安定した状態の探針を設計することができる。
【００６８】
（不安定ファセット削除処理）
不安定ファセット除去チェックボックスにチェックがある場合には、制御手段２０は、図６に示す不安定ファセット削除処理を行なう。具体的には、制御手段２０のファセット抽出手段２３１は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶された原子配置リストの仮想原子が構成する凸胞の表面のファセットを抽出する（ステップＳ４−１）。
【００６９】
次に、ファセット毎にファセットの安定性を評価する。
まず、制御手段２０は、ファセット表面の仮想原子の総数ＡＳを算出する（ステップＳ４−２）。
【００７０】
次に、制御手段２０は、ファセット表面の仮想原子の未結合手の総数、すなわちダングリングボンド総数Ｄを算出する（ステップＳ４−３）。具体的には、制御手段２０の結合ボンド数算出手段２３２が、仮想原子の近隣原子との結合ボンド数を算出する。そして、制御手段２０は、表面原子の総数とボンド数とを乗算して、ファセットの表面にある仮想原子のすべてのボンド数を算出する。更に、制御手段２０は、全ボンド数から、表面の全仮想原子の結合ボンド数を減算する。これにより、ファセットにおける表面原子のダングリングボンド総数Ｄが算出される。
【００７１】
次に、制御手段２０は、原子数割合を算出する（ステップＳ４−４）。具体的には、制
御手段２０の不安定ファセット特定処理部２３４は、ダングリングボンドの総数Ｄを表面原子の総数ＡＳで除算することにより原子数割合を算出する。
【００７２】
そして、算出した原子数割合が基準値よりも大きい場合（ステップＳ４−５において「ＹＥＳ」の場合）には、制御手段２０の不安定ファセット特定処理部２３４は、このファセットは不安定であると判断する。この場合、不安定ファセット特定処理部２３４は、このファセットを削除する（ステップＳ４−６）。具体的には、不安定ファセット特定処理部２３４は、この不安定ファセットを構成する仮想原子の配置座標データを、原子配置リストデータ記憶部２２０から削除する。これにより、制御手段２０は、不安定ファセットを削除して、新たなファセットを生成する。
【００７３】
この場合にも、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、逐次、表示データを生成して出力手段１６に供給し、出力手段１６の表示画面１００の表示パネル部１１０に表示する。この場合、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、安定であると判定しているファセット、すなわち原子数割合が基準値よりも少ないファセットについては青色で表示するための表示データを生成する。一方、直前に不安定ファセットを削除して新たに出現させたファセットについては黄色で表示するための表示データを生成する。
【００７４】
そして、制御手段２０は、すべてのファセットが安定しているか否かを確認する（ステップＳ４−７）。この場合、ステップＳ４−６において不安定ファセットを削除したことにより新たに生成されたファセットを含めて、安定性の評価を行なう。すべてのファセットについて安定と判断された場合（ステップＳ４−７において「ＹＥＳ」の場合）、制御手段２０は、不安定ファセット削除処理を終了する。以上のように、不安定のファセットを削除することにより、表面の仮想原子が安定した状態の探針を設計することができる。
【００７５】
（安定性検証処理）
上述の処理を通じて探針構造の設計を完了した後、表示画面１００の制御パネル部１２０の実行ボタン１４０が選択される。この場合、制御手段２０は、設計された探針の最上部の仮想原子についての構造最適化計算を行なう。ここでは、最上部の数層の仮想原子が、乱数による擾乱を受けた後に仮想原子が取り得る位置についての構造最適化計算を行なう。この構造最適化計算は、公知のStillinger-Weberの古典力場ポテンシャルでの全エネルギー値の共役勾配法による最小化を用いる。
【００７６】
そして、制御手段２０は、構造最適化計算によって算出した仮想原子が取り得る位置（座標）データを記憶する。次に、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、記憶した各仮想原子の座標データから３Ｄ表示データを生成して出力手段１６に供給して、表示画面１００の表示パネル部１１０に、不安定となる仮想原子、又はこの仮想原子を含むファセットを識別できるように表示する。
【００７７】
本実施形態の探針設計支援システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
・  本実施形態では、原子レベルの形状が測定に影響を与える走査型プローブ顕微鏡に用いる探針の設計支援を行なう。具体的には、当初の結晶構造体から、結晶面を用いて切削を行なう。ここで、制御手段２０は、ミラー指数（ａm ｂm ｃm ）とこれに対する切断位置ｄmに関するデータを取得し（ステップＳ２−１）、切断処理の判断式を生成し、各
仮想原子の座標を判断式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）に代入する（ステップＳ２−２）。そして、制御手段２０の配置リスト更新処理部２１６は、判断式を用いた切断処理により除かれた仮想原子の座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）を原子配置リストデータ記憶部２２０から削除する（ステップＳ２−４）。この切断処理は、原子配置リストデータ記憶部２２０に記憶されているすべての原子配置について繰り返して行なわれる。これにより、原子レベルの構造を有する探針において、切断面を用いて、効率的に構造体を形成することができる。更に、
この探針の先端構造を用いて、走査型プローブ顕微鏡による測定画像の数値シミュレーションにおいて、より的確な計算を行ない、精度を向上させることができる。
【００７８】
・  本実施形態では、幾何学的計算から求まる探針のファセットを表示パネル部１１０に表示する。これにより、結晶面で切断された探針を構成する実際のファセットを表示できるので、結晶構造の特性を活かした探針の形状を視覚的に把握することができる。
【００７９】
・  本実施形態では、不安定原子削除処理において、制御手段２０は、凸胞表面のファセットを構成する原子を抽出する（ステップＳ３−１）。制御手段２０は、結合ボンド数が少ない不安定原子をリストから削除する（ステップＳ３−４）。また、不安定ファセット削除処理において、制御手段２０のファセット抽出手段２３１は、切断により残された配置原子が構成する凸胞の表面のファセットを抽出する（ステップＳ４−１）。そして、制御手段２０は、ファセット毎に安定性を評価する。具体的には、ファセット表面の仮想原子の総数及び仮想原子のダングリングボンド総数を計数し、原子数割合を算出する。この原子数割合が基準値よりも大きい場合には、このファセットは不安定であると判断して、このファセットを削除する（ステップＳ４−６）。このように、不安定な仮想原子や不安定なファセットを取り除いて探針構造を安定にするので、実際の表面現象を考慮した探針を構成することができる。
【００８０】
・  本実施形態では、不安定原子削除処理においては、不安定原子を削除することにより新たな表面原子が生じた場合には、制御手段２０は、全仮想原子が安定するまで、再度、ステップＳ３−１〜Ｓ３−４を繰り返す（ステップＳ３−５において「ＮＯ」）。また、不安定ファセット削除処理においては、制御手段２０は、不安定ファセットを削除することにより新たなファセットが生成された場合には、全ファセットが安定するまで、ステップＳ４−１以降の処理を繰り返す（ステップＳ４−７において「ＮＯ」）。これにより、不安定な仮想原子や不安定なファセットを連鎖的に取り除いて探針構造を安定にするので、実際の表面現象を考慮した探針を構成することができる。
【００８１】
・  本実施形態では、制御手段２０は、設計された探針最上部の数層の仮想原子が、乱数による擾乱を受けた後の状態についての構造最適化計算を行なう。制御手段２０は、最上部の数層の仮想原子が、乱数による擾乱を受けた後に仮想原子が取り得る位置についての構造最適化計算を行なう。これにより、擾乱により不安定となる仮想原子やファセットを把握することができ、探針構造体の安定性を評価することができる。
【００８２】
・  本実施形態では、制御手段２０の３Ｄ表示制御手段２４０は、出力手段１６に３Ｄ表示データを供給して、表示画面１００を表示する。この表示画面１００の制御パネル部１２０には、ミラー指数に対応するチェックボックスが含まれている。制御手段２０は、制御パネル部１２０のチェックボックスにチェックされたミラー指数を特定することにより、設計者が指定した切断面に関するデータを取得できる。従って、設計者は、効率的に探針の形状を指定できる。
【００８３】
更に、制御パネル部１２０には、切断面の切断位置ｄmを設定するためのスライダが含
まれている。このため、切断位置をＧＵＩにより効率的に調整することができるので、探針構造の設計変更を容易に行なうことができる。
【００８４】
・  本実施形態では、表示画面１００の制御パネル部１２０には、表示形式を選択するチェックボックスが含まれている。これら表示形式には、仮想原子の点と結合ボンドの線との表示する表示形式（「ｖ」チェックボックス）、連続体を切断した切断面を表示する表示形式（「ｓ」チェックボックス）及び表面原子により構成されるファセットを表示する表示形式（「ｆ」チェックボックス）がある。従って、これらチェックボックスを用い
て、探針内部に存在する仮想原子や仮想原子同士を結合するボンドの線を表示させたり、切断により形成される探針の面や、残った仮想原子により形成されるファセットの形状などを表示させたりすることができる。
【００８５】
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○  上記実施形態では、不安定原子削除処理及び不安定ファセット削除処理は、凸胞表面のファセットを構成する仮想原子が安定か否かにより判定した。これに限定されるものではなく、切断面の形状から、仮想原子が安定か不安定であるかを判定してもよい。
【００８６】
○  上記実施形態では、制御手段２０の単位構造設定処理部２０１が探針の単位構造についてのデータを取得した（ステップＳ１−１）。この場合、結晶構造体の単位構造（例えば、体心立方格子構造やダイヤモンド構造など）を特定するデータを入力手段１５を介して取得する。単位構造についてのデータの取得は、この方法に限定されるものではなく、結晶構造体の単位構造を特定するデータとして、例えば、材料種別に対して特定される単位構造データを用いてもよい。この場合、制御手段２０に、材料種別に応じて単位構造を特定する単位構造テーブルを記憶させておく。そして、入力手段１５を用いて材料種別が指定されると、制御手段２０の単位構造設定処理部２０１は、指定された材料種別に対応付けられた単位構造を単位構造テーブルから取得する。これにより、材料毎の物性定数を入力することなく、多様な材料から構成された探針を効率的に設計することができる。
【００８７】
○  上記実施形態の不安定ファセット削除処理では、ダングリングボンドの総数を表面原子の総数で除算した原子数割合に基づいて、不安定ファセットを判定した。不安定ファセットの判定は、この方法に限定されるものではない。例えば、近隣原子との結合ボンドの総数を表面原子の総数で除算した割合が、一定以下の場合には不安定ファセットであると判定してもよい。
【００８８】
○  上記実施形態では、探針構造の設計を完了した後、仮想原子が取り得る位置についての構造最適化計算を行なった。これに限らず、探針構造の設計を完了した後に、最上部の数層の仮想原子が、乱数による擾乱を受けた後の不安定状態について追加計算を行なってもよい。この場合、制御手段２０は、追加計算により不安定となる仮想原子の座標データを特定して記憶する。例えば、制御手段２０は、不安定となる仮想原子の座標に対して、アラーム（例えば赤色）を表示させるためのフラグを記録する。また、この仮想原子を含むファセット全体にアラームを記録するようにしてもよい。更に、制御手段２０は、３Ｄ表示データを生成して出力手段１６に供給して、表示画面１００の表示パネル部１１０に、不安定となる仮想原子、又はこの仮想原子を含むファセットを識別できるように表示してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の探針設計支援システムの概略構成図。
【図２】処理手順の概略説明図であり、（ａ）は切断面を示した状態、（ｂ）は切断面により原子等を除去した状態、（ｃ）は凸胞の表面のファセットを形成した状態を示す。
【図３】原子配置リスト生成処理の処理手順を説明するための説明図。
【図４】結晶面切断処理の処理手順を説明するための説明図。
【図５】不安定原子削除処理の処理手順を説明するための説明図。
【図６】不安定ファセット削除処理の処理手順を説明するための説明図。
【図７】１回対称（対称性なし）の場合の切断形状を説明するための説明図。
【図８】２回対称の場合の切断形状を説明するための説明図。
【図９】４回対称の場合の切断形状を説明するための説明図。
【図１０】初期の表示画面を説明するための説明図。
【図１１】表示画面を説明するための説明図。
【図１２】設計により連続体から生成される探針の最初の形状の説明図。
【図１３】一太刀目の切断後の探針の形状の説明図。
【図１４】二太刀目の切断後の探針の形状の説明図。
【図１５】四太刀目の切断後の探針の形状の説明図。
【図１６】形成された探針の形状を表示した画面の説明図。
【図１７】探針の仮想原子を示す点と結合ボンドを表示する画面の説明図。
【図１８】探針を構成する連続体の切断面を表示する画面の説明図。
【図１９】探針のファセットを表示する画面の説明図。
【図２０】不安定原子を削除する前の状態を説明するための説明図。
【図２１】不安定原子を削除した後の状態を説明するための説明図。
【図２２】従来技術における従来の簡単な構造の探針の形状を表示した配置図。
【図２３】従来技術における実際の構造の探針の形状を表示した配置図。
【符号の説明】
【００９０】
ＡＳ…仮想原子の総数、Ｄ…ダングリングボンドの総数、ｄm…切断位置、１５…入力
手段、１６…出力手段、２０…制御手段、２１１…ミラー指数設定処理部、２１２…切断位置設定処理部、２１５…切断面生成処理部、２１６，２３５…配置リスト更新処理部、２２０…原子配置リストデータ記憶部、２３１…ファセット抽出手段、２３２…結合ボンド数算出手段、２３３…不安定原子特定処理部、２３４…不安定ファセット特定処理部、２４０…３Ｄ表示制御手段。
【図１】
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【図２】
2007333599.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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