Туннельный микроскоп Советский патент 1989 года по МПК H01J37/285 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микрозон- довым приборам, в которых для исследования поверхности используется туннельный ток.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и упрощение конструкции туннельного микроскопа за счет совмещения функций сканирования острия и взаимного позиционирования его относительно объектодержателя в одном конструктивном узле.

На фиг.1 и 2 показана туннельная ячейка при вертикальном и горизонтальном расположении оси острия, ва- рианты выполнения.

Туннельный микроскоп содержит термокомпенсированный узел сканирования, состоящий из двух соосно расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых пье- зоэлементов 1 и 2. На свободном торце внутреннего пьезоэлемента 1 закреплено острие 3. Внешний пьезоэлемент 2 закреплен вторым торцом в подвижном относительно основания 4 корпусе 5. Корпус зафиксирован относительно основания силой трения в направлении, параллельном оси пье- зоэлементово Значение силы трения Q должно находиться в пределах

f X, M,kQ fl .+M,),

где f, f - максимальная частота

изменения длины и резонансная частота соответственно внутреннего и внешнего пьезоэлемен- тов, с ;

х, Xg г максимальные изменения длин пьезозлементов при подаче На них напряжений, м; М,, Mj - массы пьезоэлементов,

кг;

k - коэффициент трения nor коя между корпусом и ос нованием; Q - сила прижима корпуса и

основания, кг о

При вертикальном расположении острия 3 (фиг.1) прижим осуществляется, например, упругими элементами 6, а при горизонтальном (фиг.2) прижим обеспечивается за счет веса узла, т,во в этом случае

Q (М , + М . + М) g ,

где М - масса корпуса, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с о

Внутренний пьезоэлемент 1 имеет разрезной электрод для управления сканированием острия по трем координатам, а к электродам внешнего пьезоэлемента 2 подключен выход источника 7 пилообразного напряжения с несимметричными фронтами импульсов

Микроскоп работает следующим образом.

При подаче пилообразного напряжения от источника 7 на электроды внеш него пьезоэлемента 2 он изменяет сво длину медленно при пологом фронте импульса и быстро при крутом фронте импульса. При медленном изменении длины корпус 5 не сдвигается отно- . сительно основания 4„ При резком изменении длины сила инерции превышает силу трения, корпус 5 проскальзывает относительно основания„ После того, как острие 3, закрепленное на узле сканирования 1, приблизится

к объектодержателю 8, переходят к режиму сканирования, в котором внешний пьезоэлемент 2 не участвует Благодаря тому, что масса внутреннего пьезоэлемента 1 много меньше массы

внешнегоs силы инерции, возникающие при сканировании, существенно меньше силы трения между подвижным корпусом 5 и основанием 4, поэтому во время сканирования корпус не сдвигается,

Пример. Параметры внутренне- . го пьезоэлемента - длина 20 MMJ толщина стенок 0,5 мм; внешний диаметр 10 мм; рабочая частота Гц; максимальное смещение х 10 м; масса (с острием) М 6-10 кг„

Параметры внешнего пьезоэлемента - длина 27 мм; толщина стенок 1 мм; внешний диаметр 18 мм; рабочая частота fo 2-10 Гц; максимальное -а

щение х 10 м; масса N 14-10 кг.

Коэффициент трения принят ,3, что справедливо для широкого класса материалов. Масса корпуса 5 составляет 20 г, сила прижима должна быть больше 130 г. Поэтому в варианте

(фиг.1) сила прижима может выбираться в пределах

130 .; Q ; 268.

Аналогичные расчеты делаются для других вариантов.

Формула изобретения

Туннельный микроскоп, содержащий основание, термокомпенсированный узел сканирования, выполненный из двух со- осно.расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых пьезоэлементов, на внутреннем из которых со стороны свободного торца установлено острие, узел взаимного позиционирования острия и объектодер- жателя, включаклций подвижный относительно основания корпус, а также систему питания пьезоэлементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения конструкций, система питания снабжена источником пилообразного напряжения с несимметричными фронтами импульсов, выход которого соединен с внешним пьезоэлементом, а узел взаимного позиционирования образован путем .1

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микрозондовым приборам, в которых для исследования поверхности используется тунельный ток. Цель изобретения - уменьшение габаритов и упрощение конструкции туннельного микроскопа - достигается за счет совмещения функций сканирования острия и взаимного позиционирования его относительно объектодержателя в одном конструктивном узле. Микроскоп содержит основание и термокомпенсированный узел сканирования из двух трубчатых соосных пьезоэлементов. Узел взаимного позиционирования образован путем закрепления узла сканирования в подвижном относительно основания корпусе по свободному торцу внешнего пьезоэлемента. Корпус при этом зафиксирован относительно основания силой трения, которая больше усилий, возникающих при сканировании острия, и меньше усилий, развиваемых внешним пьезоэлементом, если к его электродам приложено пилообразное напряжение, и несимметричными фронтами импульсов. 2 ил.

Редактор А„Мотыль

«г. 2

Составитель ВоГаврюшин

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец

Заказ 6765/54

Тираж 696

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное