Сканирующий туннельный микроскоп Советский патент 1990 года по МПК H01J37/26 

Изобретение относится к электронным приборам, предназначенным для исследования физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью порядка размерав атома, и может быть использовано при разработке и производстве субмикроскопических элементов микроэлектроники,,

Цель изобретения - упрощение конструкции сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) за счет более простой кинематической схемы перемещения подвижных элементов узлов позиционирования образца и иглы.

На фиг.1 показан СТМ, общий вид; на фиг.2 - биморфный пьезоэлсмент

(БПЭ) узла позиционирования иглы; на фигоЗ - сечение указанного БПЭ; на фиг.4 и 5 - характер деформации этого БПЭ для разных вариантов выбора полярности питающего напряжения.

Основу СТМ составляет станина 1 (фигоi),включающая два продольных ребрз 2, жестко соединенные в нижней части двумя поперечными ребрами 3„ В верхней части продольных ребер 2Ь а также в поперечных ребрах выполнены круглые окна, в которых закреплены по периметру дискообразные БПЭ I- и 5 В центральных отверстиях БПЭ 5 установлены втулки 6, в которых жестко установлен стержень 7 узСП

О Јь J

О

ю

ла позиционирования образца0 На торце этого стержня расположен образец 8

В центральных отверстиях BID 4 установлены аналогичные втулки 6, в которых установлен стержень 9 узла позиционирования иглы. В середине стержня 9 установлен держатель 10 иглы, острием направленной к образцу.

БПЭ 4 содержит (фиг02,3) мембра- |Ну 11, представляющую собой тонкий металлический диск с центральным от- верстием0 К обеим сторонам мембраны |приклеены пьезокерамические кольца 12 На внешней поверхности этих колец расположены электроды 13, выполненные в виде двух изолированных друг от друга полуколец

Микроскоп работает следующим образом

Подведение иглы осуществляется перемещением стержня 9 вдоль его оси (выбор координаты X) и его поворотом вокруг оси (выбор координаты Y)0 Затем устанавливают туннельный контакт между образцом 8 и иглой, перемещая стержень 7 вдоль его оси (ось Z), Перемещение стержней 9 и 7 осуществляют, например, внешним манипулятором. После достижения туннельного контакта между иглой и образцом производят сканирование иглы относительно поверхности образца

Для этого на одну из противоположных пар электродов 13 каждого из БПЭ 4 подают сумму двух пилообразных напряжений строчной и кадровой разверток, а на другую пару электродов 13 подают разность этих напряжений. При этом период строчной разве ки в п раз меньше периода кадровой развертки, где п - число строк в каре о Таким образом, напряжения строчной развертки на всех электродах 13

0

5

0

,. 5

0

35

Тем самым БПЭ 4 перемещают стержень 9 с иглой вдоль оси Х„ Напряжения же кадровой развертки на противоположных парах электродов 13 имеют разный знак, Поэтому под одной из пар этих электродов БПЭ прогибается в одну, а под другой парой - в противоположную сторону. В результате центральная часть пьезоэлемента поворачивается относительно исходного положения на некоторый угол (фиг.5) и посредством втулок 6 БПЭ 4 изгибают стержень 9 в плоскости X,Y. Благодаря изгибу центральная часть стержня 9 вместе с иглой перемещается в направлении оси Y.

При сканировании иглы БПЭ 5 перемещают образец 8 вдоль оси Z под действием сигнала обратной связи, поддерживающего, постоянный туннельный ток между образцом и иглой и, тем самым, поддерживают постоянное расстояние между ними в процессе сканирования.

Формула изобретения

Сканирующий туннельный микроскоп, содержащий станину, узлы позиционирования образца и установленной в держателе иглы, выполненные в виде подвижных стержней, жестко и соосно установленных в центральных отверстиях дискообразных биморфных пьезоэлементов, закрепленных по периметру в ребрах станины и снабженных электродами управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждый из стержней установлен в двух биморфных пьезоэлементах, при этом оси стержней взаимноперпендику- лярны, а держатель иглы ориентирован перпендикулярно стержню и расположен

Изобретение относится к электронным приборам, предназначенным для исследования физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью порядка размеров атома. Цель изобретения - упрощение конструкции сканирующего туннельного микроскопа - достигается путем более простой кинематической схемы перемещений подвижных элементов - стержней узлов позиционирования образца и иглы. Микроскоп содержит станину, в ребрах которой закреплены по периметру дискообразные биморфные пьезоэлементы с центральными отверстиями, в которых установлены подвижные стержни. Оси стержней взаимно перпендикулярны. Держатель иглы ориентирован перпендикулярно стержню и расположен между биморфными пьезоэлементами узла позиционирования иглы. Электроды управления этих пъезоэлементов выполнены в виде двух изолированных полуколец. 5 ил.

имеет один знак и под его воздействи- д5 межДУ биморфнымц пьезоэлементами уз- ем БПЭ прогибается так, что его цент- ла позиционирования иглы, электроды ральная часть перемещается вдоль оси -которых выполнены в виде двух иэоли- относительно наружного края (сЬиг04)срованных полуколец,,

2

Фиг. 2

//

Ц0

+ U 0

Редактор А.Долинич

Составитель В0Гаврюшин

Техред М.Дидык Корректор О.Ципле

Заказ II64

Тираж 400

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

/У I

/JЯ 12

flt/г.З

ф+Lt

фиг Л

4-U

Подписное