(57)【要約】【課題】フォトダイオードの前段で発生するノイズに較べて、相対的にフォトダイオードの後段で発生するノイズの方が大きい場合に、Ｓ／Ｎがフォトダイオードの後段で発生するノイズに影響されにくい走査型プローブ顕微鏡を作る。【解決手段】受光素子に、逆バイアス電圧を印加すると印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能を備えたアバランシェ・フォトダイオードを採用するとともに、該アバランシェ・フォトダイオードの増倍率が１となるような逆バイアス電圧を印加して前記反射光の強度を予め測定し、該強度の測定結果から前記検出器のＳ／Ｎが最大となるような前記増倍率を計算することにより、前記カンチレバーの振動測定時のアバランシェ・フォトダイオードへの逆バイアス電圧印加の最適値を決定するようにした。【選択図】図２
2009175022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの振動を検出する検出器には、カンチレバーの背面にレーザ光を当ててその反射光を受光素子で受光することによりカンチレバーの振動を測定する光ファイバー干渉計または光てこ方式検出器を用い、
前記受光素子に、逆バイアス電圧を印加すると印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能を備えたアバランシェ・フォトダイオードを採用するとともに、
該アバランシェ・フォトダイオードの増倍率が１となるような逆バイアス電圧を印加して前記反射光の強度を予め測定し、該強度の測定結果から前記検出器のＳ／Ｎが最大となるような前記増倍率を計算することにより、前記カンチレバーの振動測定時のアバランシェ・フォトダイオードへの逆バイアス電圧印加の最適値を決定するようにしたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
前記探針と試料の間に働く力は、磁気共鳴力であることを特徴とする請求項１記載の走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針または試料を走査させて微小領域の試料像を観察する走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
本発明の対象には、試料表面の局所部とカンチレバー先端部にある端針の先端との間に発生する力を、カンチレバーを用いて測定する走査型顕微鏡、とりわけ原子間力顕微鏡、磁気力顕微鏡、静電気力顕微鏡などが含まれる。
【背景技術】
【０００３】
ＡＦＭは、探針と試料上の原子との間に発生する微弱な原子間力を観測することによって、高い空間分解能を持つ試料表面の凹凸像を提供することができる。ＡＦＭの特徴ならびに技術については、広く知られているところであり、例えば、解説書「走査型プローブ顕微鏡  基礎と未来予測」森田清三編著、丸善株式会社出版（２０００）、および解説書“Scanning Probe Microscopy The Lab on a Tip”Ernst Meyer, Hans Josef Hug, Roaland Bennewitz Springer（２００４）で概説されている。
【０００４】
本発明は、ＡＦＭの中で、非接触式測定モードを用いた力検出法に限定して効果が期待されるものである。そこでまず、力検出法について説明する。ＡＦＭにおいて測定対象となる力は、片持ちバネであるカンチレバーを用いて検出するのが一般的であり、カンチレバー先端に付いたチップに掛かる力Ｆによってカンチレバーが撓む量ｘを、あるいは力ｆによって誘起されるカンチレバーの振動量Ａを、精密な位置変位計、例えば光てこ方式や光ファイバー干渉計で観測して光信号に変換し、それぞれＦ＝ｋｘ、あるいはｆ＝ｋＡ/Ｑ0から評価する。ここでｋはバネ定数であり、Ｑ0はカンチレバーのＱ値を表わす。
【０００５】
図１に、走査型プローブ顕微鏡の一例として磁気共鳴力顕微鏡の構成要素を描いたブロック図を示す。磁気共鳴力顕微鏡は、試料００１が載ったステージ００２を走査して、各位置でカンチレバー００３に掛かる磁気共鳴力のデータを収集する。そして、磁気共鳴力マップを取得し、適切な画像処理を施して、試料のスピン密度分布の情報を画像化する。以下では、力強度を評価するための動作に焦点を当て、説明を続ける。
【０００６】
まず、試料００１に含まれるスピンと、カンチレバー００３の先端に載った磁石との間で磁気力が発生する。その力は、カンチレバー００３に作用する。更に、力変調用発振器００６で発生させた変調信号を、ドライバー００５を介して力変調装置００４に供給し、広く知られた磁気共鳴原理に基づき、力変調装置００４を用いて試料００１に含まれる一部のスピンを操作し、磁気力を定常的に変調させる。
【０００７】
力の変調振幅をｆとする。変調の周波数をカンチレバー００３の機械的共振角周波数ω0に一致させると、カンチレバー００３は振幅Ａ＝ｆＱ0/ｋで共振する。カンチレバー００３が共振する振る舞いは、カンチレバー変位検出器００７で検出される。検出された信号は、変調源である正弦波を参照信号としたロックイン増幅器００８で検波され、カンチレバー００３の振幅値Ａが取得される。
【０００８】
更に現実的な問題として、カンチレバー００３の共振周波数ω0が測定中に変化することを考慮して、その変化に力変調用発振器００６の発振周波数を常に一致させる工程が加えられる。その目的で設けられた構成要素が、００９のカンチレバー励振器、０１０のカンチレバー励振用ドライバー、０１１の正弦波発振器用周波数調整器である。
【０００９】
磁気共鳴力の測定は、以下の手順で行なわれる。
【００１０】
Ａ０１：ステージ００２を移動する。
【００１１】
Ａ０２：カンチレバー００３の共振周波数を求めるために、カンチレバー励振器００９とカンチレバー励振用ドライバー０１０を用いてカンチレバー００３を加振する。
【００１２】
Ａ０３：カンチレバー変位検出器００７で検出されたカンチレバー００３の振動の振る舞いから、正弦波発振器用周波数調整器０１１で周波数を計測する。
【００１３】
Ａ０４：カンチレバー励振用ドライバー０１０の出力を停止して、カンチレバー００３の加振を停止する。
【００１４】
Ａ０５：力変調用発振器００６の周波数を、正弦波発振器用周波数調整器０１１で計測した周波数に一致させる。
【００１５】
Ａ０６：カンチレバー００３が加振されず、自然の状態で振動している状態にあることを確認してから、力変調装置００４で試料００１のスピンを変調し、その結果試料に発生する被測定対象である磁気共鳴力をカンチレバーへ作用させる。
【００１６】
Ａ０７：カンチレバー００３の振動を、カンチレバー変位検出器００７およびロックイン増幅器００８を用いて観測する。
【００１７】
Ａ０８：力変調装置００４を停止させ、被測定対象である磁気共鳴力を停止する。そして、再びＡ０１に戻り、同様の手順を繰り返す。
【００１８】
カンチレバー００３は、カンチレバー励振器００９とカンチレバー励振用ドライバー０１０による加振と、試料００１の磁気共鳴力による励振を交互に繰り返す形となっている。こうして収集された振幅値Ａをステージ００２の走査座標に合わせて画像化することにより、磁気共鳴力マップを得ることができる。
【００１９】
このような走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー変位検出器００７には、光てこ方式や光ファイバー干渉計を用いたレーザ光による検出法が利用可能である。光てこ方式による測定では、位置検出可能な光センサーとして、２分割フォトセルや４分割フォトセル、さらにはフォトセルアレイ（ＣＣＤセンサーを含む）が利用されており、市販の走査型プローブ顕微鏡装置では４分割フォトセルが最も良く利用されている（非特許文献１）。また、光ファイバー干渉計による測定では、光センサーは、振動の情報を含んだ光を受光するフォトダイオードと、振動の情報を含まない発光源の強度のふらつきなどを含んだ光を受光するフォトダイオードとから構成されている（非特許文献２）。
【００２０】
光信号は、カンチレバーの背面にレーザ光を当ててその反射光を上記の構成に含まれるフォトダイオードで受光することにより得られる。受光された光信号はフォトダイオードで電気信号に変換され、変換された電気信号はフォトダイオードより後段に設置される機器で増幅、検波され、カンチレバーの振動振幅に対してはその周波数の検波出力が、またシフトした共振周波数に対しては周波数の計測値が出力される。
【００２１】
【非特許文献１】特許庁ホームページ＞標準技術集＞表面構造の原子領域分析＞３−Ｂ−３−ｂ１  光てこ方式。
【００２２】
【非特許文献２】特許庁ホームページ＞標準技術集＞表面構造の原子領域分析＞３−Ｂ−３−ｂ２  光ファイバー干渉計による測定。
【００２３】
【非特許文献３】特許庁ホームページ＞標準技術集＞表面構造の原子領域分析＞３−Ｃ−１−ｃ２  周波数制御。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、カンチレバーの振動振幅を測定するには、発生する力をカンチレバーの共振周波数で振動させることが一般的である。なぜなら、応答関数が大きく、小さな力振動でも大きな振動振幅が得られるからである。また、カンチレバーの共振周波数を測定する場合には、カンチレバーを共振周波数で自己励振させるのが一般的である（非特許文献３）。
【００２５】
共振周波数域で振幅や周波数を検出する場合、信号検出の妨げとなるノイズは、カンチレバーの熱振動ノイズが主であることがあり、フォトダイオードの後段で発生する測定ノイズの寄与は小さい場合がある。この場合に、後段ノイズを信号に較べて小さくする試み、あるいは前段の増幅率を上げ後段のノイズを小さくする試みは、Ｓ／Ｎ改善には繋がり難く、敢えて実行する必要はない。
【００２６】
しかしながら、以下の場合には、カンチレバーの熱振動ノイズが小さくなり、相対的に測定ノイズがフォトダイオードの前段で発生するノイズに較べて大きくなることがある。
【００２７】
・非共振周波数で強制力を発生する場合、あるいは非共振周波数でカンチレバーを自己励振する場合。
【００２８】
・カンチレバーを液中や大気雰囲気で用いる場合（生体細胞の観測など）。この場合に、カンチレバーの応答関数が小さくなる。
【００２９】
・カンチレバーを低温に冷やす場合（低温物理現象の観測など低温環境下での測定、あるいは冷却効果によるノイズ低減を目標とした測定）。この場合に、熱振動ノイズ自身が小さくなる。
【００３０】
これらの場合には、後段ノイズを信号に較べて小さくする試み、あるいは前段の増幅率を上げ後段のノイズを小さくする試みは、Ｓ／Ｎ改善に繋がる。
【００３１】
本発明は、上記で述べたフォトダイオードの前段で発生するノイズに較べて、相対的にフォトダイオードの後段で発生するノイズの方が大きい状況に焦点を当て、Ｓ／Ｎが後段で発生するノイズに影響されにくい検出器を作ることを目的とする。そして、フォトダイオードとして電流増幅機能を有するアバランシェ・フォトダイオードを用いて前段の信号を増幅し、Ｓ／Ｎを向上させることを提案する。
【００３２】
アバランシェ・フォトダイオードを走査型プローブ顕微鏡に利用するに当たっては、実用上、アバランシェ・フォトダイオードの電流増幅率の調整を自動化させるべきである。アバランシェ・フォトダイオードが良く利用される一例に、数個のフォトンを精度良くモニターする例が挙げられる。この例では、光強度は、ゼロを基準として、１個、２個・・・と数えられ、アバランシェ・フォトダイオードの使い方としては、可能な限り電流増幅率を増して利用する、いわゆるガイガーモードで使用される。
【００３３】
しかしながら、光てこ方式や光ファイバー干渉計でフォトダイオードに求められる機能は、ある一定の光強度を基準としてその光強度の変動量を検出することであり、仮にガイガーモードに設定すると、電流増幅率を最大にすると基準光強度に対してアバランシェ・フォトダイオードからの電流出力が飽和することになる。よって、一定の光強度を基準としてその光強度の変動量を検出するには、光強度の基準量に応じて受光感度が最適になるように電流増幅率を調整して使用しなければならない。
【００３４】
本発明は、電流増幅量を自動的に最適値に設定する工程を含むものである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
この目的を達成するため、本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡は、
カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの振動を検出する検出器には、カンチレバーの背面にレーザ光を当ててその反射光を受光素子で受光することによりカンチレバーの振動を測定する光ファイバー干渉計または光てこ方式検出器を用い、
前記受光素子に、逆バイアス電圧を印加すると印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能を備えたアバランシェ・フォトダイオードを採用するとともに、
該アバランシェ・フォトダイオードの増倍率が１となるような逆バイアス電圧を印加して前記反射光の強度を予め測定し、該強度の測定結果から前記検出器のＳ／Ｎが最大となるような前記増倍率を計算することにより、前記カンチレバーの振動測定時のアバランシェ・フォトダイオードへの逆バイアス電圧印加の最適値を決定するようにしたことを特徴としている。
【００３６】
また、前記探針と試料の間に働く力は、磁気共鳴力であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の走査型プローブ顕微鏡によれば、
カンチレバー先端に取り付けた探針と試料とを接近させた状態で該探針を試料に対して走査し、力変調装置で該探針と試料の間に働く力を変調させながら、前記試料から前記探針が受け取る力の変化を前記カンチレバーの励振によって検出し、その変化の値に基づいて微小領域の試料像を描かせるようにした走査型プローブ顕微鏡において、
前記カンチレバーの振動を検出する検出器には、カンチレバーの背面にレーザ光を当ててその反射光を受光素子で受光することによりカンチレバーの振動を測定する光ファイバー干渉計または光てこ方式検出器を用い、
前記受光素子に、逆バイアス電圧を印加すると印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能を備えたアバランシェ・フォトダイオードを採用するとともに、
該アバランシェ・フォトダイオードの増倍率が１となるような逆バイアス電圧を印加して前記反射光の強度を予め測定し、該強度の測定結果から前記検出器のＳ／Ｎが最大となるような前記増倍率を計算することにより、前記カンチレバーの振動測定時のアバランシェ・フォトダイオードへの逆バイアス電圧印加の最適値を決定するようにしたので、
フォトダイオードの前段で発生するノイズに較べて、相対的にフォトダイオードの後段で発生するノイズの方が大きい場合に、Ｓ／Ｎがフォトダイオードの後段で発生するノイズに影響されにくい走査型プローブ顕微鏡を作ることが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３９】
本実施例は、図１で示した走査型プローブ顕微鏡と基本構成は同じである。ただ、カンチレバーの変位検出に用いられる光ファイバー干渉計の内容のみが異なっている。そこで異なる点のみに着目して、本発明の実施の形態を説明する。以下、測定ノイズの寄与を軽減し、Ｓ／Ｎを改善できる、アバランシェ・フォトダイオードを用いた光ファイバー干渉計の実施例について説明する。構成を図２に示す。以下に各構成要素の詳細を説明する。
【００４０】
アバランシェ・フォトダイオード０１２は、受光した光強度Pに比例して電流Ｉが流れる光検出器の役割を担い、さらに逆バイアス電圧を印加することによって、その印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能（倍数をＭとする）を有する。
【００４１】
ここで、電流の増倍率は、アバランシェ・フォトダイオードの設定温度と印加する逆バイアス電圧にのみ依存すると仮定する。そして、ある設定温度における逆バイアス電圧とＭの関係は、事前に測定された較正データなどによって既知であると仮定する。
【００４２】
また、ＰとＩとの比をη（＝Ｉ／Ｐ）とする。また、アバランシェ・フォトダイオードの過剰雑音係数Ｆは、Ｍを用いて経験的にＦ＝Ｍｘで表わされるとする。ここでｘは定数であり、一般的にアバランシェ・フォトダイオードの製造元が準備した取り扱い説明書に記載されている。
【００４３】
尚、Ｍは、検出器のＳ／Ｎとの間に図３で示すような関係があり、Ｍを大きくするほどＳ／Ｎが改善するが、Ｍがある程度大きくなると、あるところでＳ／Ｎの改善は頭打ちになり、それ以上Ｍを大きくすると、かえってＳ／Ｎが劣化してしまう。したがって、Ｓ／Ｎが最大となる頂点の位置にＭを設定することが、走査型プローブ顕微鏡の感度を良くする上では重要となる。
【００４４】
アバランシェ・フォトダイオード用温度コントローラ０１３は、アバランシェ・フォトダイオード０１２の温度を一定に制御する役割を担う。
【００４５】
逆バイアス電圧入力器０１４は、アバランシェ・フォトダイオード０１２が所望の電流増倍率が得られるようにバイアス電圧を調整する役割を担う。
【００４６】
電流検出器０１５は、アバランシェ・フォトダイオード０１２から出力された電流を高感度に検出し、電圧信号に変換する役割を担う。ここで、電流検出器０１５を含みそれより後段で発生するノイズは、事前の測定などによって既知であるとし、その値を電流量に換算してＩnとする。
【００４７】
光ファイバー干渉計０１６は、カンチレバーの振動動作を光信号の変化として出力する装置である。その出力信号は、Ｐ＝Ｐ0＋Ｐ1（ｔ）として表わされる。ここでＰ0は時間変化しない光強度であり、Ｐ1はカンチレバーの振動動作を反映して時間変化する光強度、Ｐはそれらの和を表わす。
【００４８】
上記のような構成の光ファイバー干渉計を採用した走査型プローブ顕微鏡の動作を以下に説明する。
【００４９】
工程Ｐ００１：Ｍ＝１となるように、アバランシェ・フォトダイオード０１２の逆バイアス電圧を設定する。
【００５０】
工程Ｐ００２：アバランシェ・フォトダイオード０１２と電流検出器０１５を用いて、Ｐ0を計測する。
【００５１】
工程Ｐ００３：以下の式を用いて、アバランシェ・フォトダイオード０１２の出力のＳ／Ｎが最大となるような最適なＭを決定し、逆バイアス電圧入力器０１４へ送信する。ここでｅはクーロン定数である。
【００５２】
【数１】
2009175022.tif 000003
この式は、PerkinElmer. Avalanche photodiodes: A user's guide. 2003.に基づいて導出した。
【００５３】
工程Ｐ００４：最適なＭが設定された逆バイアス電圧入力器０１４を用いて、アバランシェ・フォトダイオード０１２にその出力のＳ／Ｎが最大となるような逆バイアス電圧を印加する。
【００５４】
工程Ｐ００５：ステージを走査させながら、カンチレバーの振動を測定する。
【００５５】
工程Ｐ００６：測定されたカンチレバーの振幅値または振動周波数をステージの走査座標に合わせて画像化することにより、走査型プローブ顕微鏡画像を得る。
【００５６】
こうして受光系にアバランシェ・フォトダイオードを採用し、電流増幅率を受光量のオフセット量に応じて自動的に最適値に設定することにより、高いＳ／Ｎで走査型プローブ顕微鏡画像を得ることができるようになった。
【００５７】
図４は、本実施例を実行した結果の一例である。横軸はＭ、縦軸は検出器のノイズ密度を表わす。実験では、ＩｎＧａＡｓアバランシェ・フォトダイオード・モジュール（λ＝１３１０ｎｍ、η＝０．８５Ａ／Ｗ、ｘ＝０．７）を用いた。Ｉnは０．９１ｐＡ／√Ｈｚであった。
【００５８】
また、図４に描かれた黒四角（■）はＰ0＝１００ｎＷ、白丸（○）はＰ0＝１０ｎＷ、黒丸（●）はＰ0＝１ｎＷと受光強度を設定した際のノイズ測定結果である。実線は理論曲線である。
【００５９】
実験結果は、Ｍに対するノイズ変化が最小値（すなわち、検出器のＳ／Ｎに対して最大値）を持つことを示唆している。また、理論式を用いた最小値を持つＭの推定は、実験結果と良く一致していることを明確に示している。
【実施例２】
【００６０】
本実施例は、図１で示した走査型プローブ顕微鏡と基本構成は同じである。ただ、カンチレバーの変位検出に用いられる光てこ方式の内容のみが異なっている。そこで異なる点のみに着目して、本発明の実施の形態を説明する。以下、測定ノイズの寄与を軽減し、Ｓ／Ｎを改善できる、アバランシェ・フォトダイオードを用いた光てこ方式の実施例について説明する。構成を図５に示す。以下に各構成要素の詳細を説明する。
【００６１】
２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１は、２面ある各々で受光した光強度Pに比例して電流Ｉが流れる光検出器の役割を担い、さらに逆バイアス電圧を印加することによって、その印加電圧の大きさに依存して電流量が増倍する機能（倍数をＭとする）を有する。
【００６２】
ここで、電流の増倍率は、２分割アバランシェ・フォトダイオードの設定温度と印加する逆バイアス電圧にのみ依存すると仮定する。そして、ある設定温度における逆バイアス電圧とＭの関係は、事前に測定された較正データなどによって既知であると仮定する。
【００６３】
また、ＰとＩとの比をη（＝Ｉ／Ｐ）とする。また、２分割アバランシェ・フォトダイオードの過剰雑音係数Ｆは、Ｍを用いて経験的にＦ＝Ｍｘで表わされるとする。ここでｘは定数であり、一般的に２分割アバランシェ・フォトダイオードの製造元が準備した取り扱い説明書に記載されている。例えば、ＮＥＣ製ＩｎＧａＡｓアバランシェ・フォトダイオード・モジュールＮＲ８３００−ＦＰではｘ＝０．７とある。
【００６４】
アバランシェ・フォトダイオード用温度コントローラ０２２は、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１の温度を一定に制御する役割を担う。
【００６５】
逆バイアス電圧入力器０２３は、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１が所望の電流増倍率が得られるようにバイアス電圧を調整する役割を担う。
【００６６】
電流検出器０２４、０２５は、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１から出力された電流を高感度に検出し、電圧信号に変換する役割を担う。
【００６７】
差動増幅器０２６は、電流検出器０２４、０２５の出力の差を検出して出力する。ここで、差動増幅器０２６を含みそれより後段で発生するノイズは、事前の測定などによって既知であるとし、電流検出器０２４、０２５で出力される電流値に換算してＩｎとする。
【００６８】
光てこ方式カンチレバー変位検出器０２７は、レーザダイオードＬＤからカンチレバーへレーザ光を発し、さらにカンチレバー背面で反射したレーザ光を２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１へガイドする役割を担う。その反射光の時間平均強度は、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１の２つの受光面に均等（＝Ｐ0）受光されるものと仮定する。
【００６９】
上記のような構成の光てこ方式を採用した走査型プローブ顕微鏡の動作を以下に説明する。
【００７０】
工程Ｐ１０１：Ｍ＝１となるように、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１の逆バイアス電圧を設定する。
【００７１】
工程Ｐ１０２：２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１と電流検出器０２４（あるいは２５）を用いて、Ｐ0を計測する。
【００７２】
工程Ｐ１０３：以下の式を用いて、２分割アバランシェ・フォトダイオード０２１の出力のＳ／Ｎが最大となるような最適なＭを決定し、逆バイアス電圧入力器０２３へ送信する。ここでｅはクーロン定数である。
【００７３】
【数２】
2009175022.tif 000004
この式は、PerkinElmer. Avalanche photodiodes: A user's guide. 2003.に基づいて導出した。
【００７４】
工程Ｐ１０４：最適なＭが設定された逆バイアス電圧入力器０２３を用いて、アバランシェ・フォトダイオード０２１にその出力のＳ／Ｎが最大となるような逆バイアス電圧を印加する。
【００７５】
工程Ｐ１０５：ステージを走査させながら、カンチレバーの振動を測定する。
【００７６】
工程Ｐ１０６：測定されたカンチレバーの振幅値または振動周波数をステージの走査座標に合わせて画像化することにより、走査型プローブ顕微鏡画像を得る。
【００７７】
こうして受光系にアバランシェ・フォトダイオードを採用し、電流増幅率を受光量のオフセット量に応じて自動的に最適値に設定することにより、高いＳ／Ｎで走査型プローブ顕微鏡画像を得ることができるようになった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
磁気共鳴力顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の走査型プローブ顕微鏡の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の一実施例である。
【図３】倍数Ｍと検出器のＳ／Ｎとの関係を示す模式図である。
【図４】検出器のノイズ密度と倍数Ｍとの関係を示す実測図である。
【図５】本発明にかかる走査型プローブ顕微鏡の別の実施例である。
【符号の説明】
【００８０】
００１：試料、００２：ステージ、００３：探針付きカンチレバー、００４：力変調装置（変調磁場発生装置）、００５：力変調装置を駆動させるドライバー、００６：力変調用発振器、００７：カンチレバー変位検出器、００８：ロックイン増幅器、００９：カンチレバー励振器、０１０：カンチレバー励振用ドライバー、０１１：正弦波発振器用周波数調整器、０１２：アバランシェ・フォトダイオード、０１３：アバランシェ・フォトダイオード用温度コントローラ、０１４：逆バイアス電圧入力器、０１５：電流検出器、０１６：光ファイバー干渉計、０２１：アバランシェ・フォトダイオード、０２２：アバランシェ・フォトダイオード用温度コントローラ、０２３：逆バイアス電圧入力器、０２４：電流検出器、０２５：電流検出器、０２６：差動増幅器、０２７：光てこ方式カンチレバー変位検出器
【図１】
2009175022.tif 000005
【図２】
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【図３】
2009175022.tif 000007
【図４】
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【図５】
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