(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接場光検出方法において、カンチレバーの端部に先端部が鋭利な支持体を設け、該支持体表面に、超伝導光検出器を形成し、該光検出器を近接場内に挿入することにより、高効率で近接場光を検出することを特徴とする近接場光検出方法。
【請求項２】
近接場光検出プローブにおいて、カンチレバーの端部に先端部が鋭利な支持体を設け、該支持体表面に、超伝導光検出器を形成したことを特徴とする近接場光検出プローブ。
【請求項３】
請求項１記載の近接場光検出方法において、上記超伝導光検出器は、超伝導トンネル接合構造を有する光検出器であることを特徴とする近接場光検出方法。
【請求項４】
請求項２記載の近接場光検出プローブにおいて、上記超伝導光検出器は、超伝導トンネル接合構造を有する光検出器であることを特徴とする近接場光検出プローブ。
【請求項５】
請求項１記載の近接場光検出方法において、上記超伝導光検出器は、超伝導体から成るカロリメーター光検出器であることを特徴とする近接場光検出方法。
【請求項６】
請求項２記載の近接場光検出プローブにおいて、上記超伝導光検出器は、超伝導体から成るカロリメーター光検出器であることを特徴とする近接場光検出プローブ。
【請求項７】
近接場光検出方法において、近接場カンチレバーの端部表面に超伝導トンネル接合構造光検出器又は超伝導体から成るカロリメーター光検出器を設け、該光検出器の上に近接場光を伝搬光に変換するための散乱チップを積載し、該散乱チップの先端を近接場の中に挿入することにより、高効率で近接場光を検出することを特徴とする近接場光検出方法。
【請求項８】
近接場光検出プローブにおいて、近接場カンチレバーの端部表面に超伝導光検出器を設け、該検出器の上に近接場光を伝搬光に変換するための散乱チップを載置したことを特徴とする近接場光検出プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場顕微鏡及び走査プローブ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近接場顕微鏡において、レーザー光等の励起光の照射により、試料表面のような異なる媒体の境界面近傍に局在する赤外線から紫外線の光子エネルギー領域（波長領域）の近接場光を検出する手段は、先端のするどい探針すなわち散乱プローブを近接場内に挿入して、散乱光の一部を光学系で集光して検出する方法、あるいは、微小開口を有する光ファイバープローブのような開口プローブにより、開口部から近接場の一部を外部に取り出して検出する方法が採られている。散乱光を分光する必要がある場合には、集光系あるいはファイバーの後に分光器を設置して分光スペクトルが測定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の散乱プローブを用いる方法では、近接場光の検出効率を上げるには散乱光をできるだけ効率よく集光する必要があるが、プローブと集光系の幾何学的配置に起因して集光効率を上げるのが困難である。すなわち、散乱プローブの先端にあり、近接場を伝搬場に変えるための散乱チップ、あるいはプローブ自体が大きな立体角で散乱中心を覆っているので、集光用の光学レンズに入る散乱光は発生した散乱光の一部となり、集光量がきわめて不十分であるという欠点がある。また、開口プローブを用いる方法においては、近接場光の極一部しかファイバー内を伝搬せず、近接場の検出効率を上げることが困難である。また、分光する場合には光ファイバー自身の発光がノイズとなるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可視あるいは赤外域まで単一光子の分光能力を有する超伝導光検出器を用いた近接場超伝導集積化プローブにより、これらの問題を解決するものである。
近接場カンチレバーと超伝導光検出器を集積化することにより、近接場内に直接検出器を挿入する、あるいは、散乱プローブに近接した位置に超伝導光検出器を配置することにより、高い近接場検出効率と近接場の光子単位の分光を実現する。また、原子間力、トンネル電流を使った表面観察を行うことにより、表面形態、電気的特性と近接場による光学的特性を同時に取得することができる。
【０００５】
【実施例１】
図１は、カンチレバーの端部に先端が鋭利な支持体を設け、該支持体上に超伝導体１、絶縁体、超伝導体２からなる超伝導トンネル接合構造を有する光検出器を形成し、該光検出器を近接場内に挿入することにより、高い効率で近接場光を検出し、光子のエネルギー測定も行うことのできる近接場光検出プローブの断面図である。
カンチレバーとしては、マイクロマシニング技術等で作製される原子間力顕微鏡やトンネル顕微鏡で用いられているカンチレバーや、従来の近接場顕微鏡で用いられているカンチレバーを使うことができる。
円錐状あるいは多面体からなる先端が鋭利な支持体上に超伝導トンネル接合を作製するには、該支持体を回転させながら、スパッタリング法により側面からNb等の超伝導薄膜を堆積させる。この後、Al薄膜を同じ方法にて堆積させ、その表面を酸化することにより、絶縁層を形成する。その上にAl薄膜、Nb薄膜を堆積させる。超伝導トンネル接合の作製方法は、スパッタリング法以外の薄膜堆積法以外でも可能である。また、超伝導トンネル接合の積層構造は上記の例以外のものも可能である。
【０００６】
【実施例２】
図２は、カンチレバーの端部に先端が鋭利な支持体を設け、該支持体上に超伝導体から成るカロリメーター光検出器を形成し、該光検出器を近接場内に挿入することにより、高い効率で近接場光を検出し、光子のエネルギー測定も行うことのできる近接場光検出プローブの断面図である。
カンチレバーとしては、マイクロマシニング技術等で作製される原子間力顕微鏡で用いられているカンチレバーや、従来の近接場顕微鏡で用いられているものを使うことができる。
円錐状あるいは多面体からなる先端が鋭利な散乱チップ上にカロリメーター光検出器を作製するには、例えば、散乱チップを回転させながら、スパッタリング法により側面からW薄膜を堆積させることにより形成する。
カロリメーター検出器の作製方法は、スパッタリング法以外の薄膜堆積法以外でも可能である。また、カロリメーター光検出器の構造は単一の超伝導体、異なる種類の超伝導薄膜からなる多層膜、あるいは超伝導薄膜と常伝導金属薄膜からなる多層膜でも可能である。
【０００７】
【実施例３】
図３は、近接場カンチレバーの表面に超伝導体１、絶縁体、超伝導体２からなる超伝導トンネル接合構造を設け、該構造上に近接場光を伝搬光に変換するための散乱チップを載置し、該散乱チップ先端と超伝導トンネル接合光検出器を近接させることにより、高効率で近接場光を検出及び該光の光子エネルギー測定を行う近接場光検出プローブの断面図である。
プローブの作製方法の例としては、超伝導トンネル接合光検出器を、例えば窒化シリコンで覆われたシリコン基板上に、薄膜作製とフォトリソグラフィーによる従来のトンネル接合作製方法にて検出器を作製後、従来のマイクロマシニング技術を用いてカンチレバーに加工する。光検出器の上に散乱チップを載せるには、マイクロマシニング技術で作製した散乱チップを接着する方法やプラスチックの微小球を載せる方法などが可能である。検出器は、一つだけでなく複数配置することによりさらに検出効率を上げることができる。
【０００８】
【実施例４】
図４は、近接場カンチレバーの表面に超伝導体から成るカロリメーター光検出器を設け、該検出器上に近接場光を伝搬光に変換するための散乱チップを載せて、散乱チップ先端と超伝導カロリメーター光検出器を近接させることにより、高効率で近接場光を検出及び該光の光子エネルギー測定を行う近接場光検出プローブの断面図である。
プローブの作製方法の例としては、カロリメーター光検出器を、例えば窒化シリコンで覆われたシリコン基板上に、薄膜作製とフォトリソグラフィーによる従来の方法にて検出器を作製後、従来のマイクロマシニング技術を用いてカンチレバーに加工する。
光検出器の上に散乱チップを載置するには、マイクロマシニング技術で作製した散乱チップを接着する方法やプラスチックの微小球を載せる方法などが可能である。検出器は、一つだけでなく複数配置することによりさらに検出効率を上げることができる。
【０００９】
【実施例５】
図５は、近接場カンチレバーの散乱チップの上あるいは近傍に超伝導体１、絶縁体、超伝導体２からなる超伝導トンネル接合構造の光検出器を配置することにより、高効率で近接場光を検出及び該光の光子エネルギー測定を行う近接場光検出プローブの断面図である。
カンチレバーの上に検出器がある場合には、カンチレバーを透過する波長範囲の光のみ検出可能である。検出器は、一つだけでなく複数配置することによりさらに検出効率を上げることができる。
【００１０】
【実施例６】
図６は、近接場カンチレバーの散乱チップの近傍に超伝導体からなるカロリメーター光検出器を配置することにより、高効率で近接場光を検出、あるいは該光の光子エネルギー測定を行う近接場光検出プローブの断面図である。
カンチレバーの上に検出器がある場合には、カンチレバーを透過する波長範囲の光のみ検出可能である。検出器は、一つだけでなく複数配置することによりさらに検出効率を上げることができる。
【００１１】
【発明の効果】
本願発明は、超伝導トンネル接合光検出器あるいは超伝導カロリメーター光検出器とカンチレバープローブを集積化することにより、高い効率で近接場光を検出でき、また近接場光を光子単位で光子のエネルギー測定（分光）を行うことができる。また、このプローブにより試料上を走査することにより、表面形状、電気的特性、光学的特性の二次元情報を個別にあるいは同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明に係る超伝導トンネル接合構造を有する光検出器を備えた近接場光検出プローブの断面図
【図２】  本願発明に係る超伝導体から成るカロリメーター光検出器を備えた近接場光検出プローブの断面図
【図３】  本願発明に係る超伝導トンネル接合構造を有する光検出器の上に散乱チップを積載した近接場光検出プローブの断面図
【図４】  本願発明に係る超伝導体から成る光検出器の上に散乱チップを積載した近接場光検出プローブの断面図
【図５】  本願発明に係る散乱チップの近傍に超伝導トンネル接合構造を有する光検出器を配置した近接場光検出プローブの断面図
【図６】  本願発明に係る散乱チップの近傍に超伝導体から成るカロリメーター光検出器を配置した近接場光検出プローブの断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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