Туннельный микроскоп Советский патент 1990 года по МПК H01J37/285 

Изобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для микроанализа поверхности твердых тел.

Целью изобретения является повыщение точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения влияния вибраций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов (ПЭ).

На фиг. 1 показана схема туннельных ячеек микроскопа; на фиг. 2 - схема блока управления и его подключения к функциональным элементам микроскопа.

Туннельный микроскоп содержит- корпус 1, в котором установлены две идентичные туннельные ячейки. Каждая из этих ячеек включает (фиг. 1) ПЭ 2 и 3 перемещения образцов 4 и 5 в направлении осей игл 6 и 7, установленных на пьезоэлектрических системах 8 и 9 их плоскопараллельного перемещения, и узлы 10 и 11 установки начал|эного положения игл. ПЭ 2 и 3 (фиг. 2) снабжены первой парой электродов 12 и 13

управления и дополнительной парой электродов 14 и 15 управления. Блок управления включает первые последовательно соединенные источник 16 напряжения, усилите ть 17 и фильтр 18 систем плоскопараллельного перемещения игл 6 и 7, вторые последовательно соединенные источник 19 напряжения и фильтр 20, выход которого соединен с первой парой электродов 13 управления ПЭ 3 первой туннельной ячейки. В цепь входа усилителя 21 туннельного тока (УТТ) включен источник 22 напряжения смещения, а пара.ллельно этой цепи - резистор 23. Выход УТТ 21 соединен с вторым входом второго фильтра 20. Блок управления включает также задающий генератор 24, выход которого соединен с вторым входом первого усилителя 17 и первым входом регистратора 25, второй вход которого соединен с выходом УТТ 21. Дополнительно в блок управления введены дополнительный УТТ 26 с щунтирующим его вход резистором 27 и дополнительный фильтр 28, выход которого

СП

СО

CD

о

соединен с параллельно соединенными между собой парами дополнительных электродов 14 и 15 управления ПЭ 2 и 3. Первый вход дополнительного фильтра 28 соединен с выходом дополнительного УТТ 26, а его второй вход - с первым входом второго фильтра 20. Цепь входа дополнительного УТТ 26 последовательно соединена с источником 22 напря- жения смещения. Оба УТТ 21 и 26 включают предварительный усилитель, логарифмический усилитель, интегратор и выходную схему.

Микроскоп работает следующим образом.

С помощью узлов 10 и 11 иглы 6 и 7 устанавливают в такое положение, при котором в промежутке между иглами и образцами под действием напряжения источника 22 протекают равные туннельные токи. При этом на выходах УТТ 21 и 26 устанавливается напряжение, равное нулю. В обе туннельные ячейки помещают идентичные образцы. Для исследования поверхности образца 5 с задающего генератора 24 подаются сигналы развертки сканирования иглы 7 по двум взаимно перпендикулярным направлениям через первый усилитель 17, фильтр 18, пьезоэлектрические системы 8 и 9 и одновременно на регистратор 25, например осциллограф. Перемещение иглы 7 вдоль поверхности образца 5 вызывает изменение туннельного тока ,в промежутке и, соотвест- венно, падение напряжения на резисторе 23. Изменяющийся таким образом сигнал усиливается в УТТ 21 и через второй фильтр 20 подается на первую пару электродов 13 управления ПЭ 3, который перемещает образец 5 в направлении оси иглы так, что туннельный ток становится равньш исходному его значению. Выходной сигнал УТТ 21 одновременно подается на регистратор 25, который отражает отклонения поверхности образца 5 относительно начальной точки.

При возникновении вибраций начинают изменяться промежутки игла-образец в обеих туннельных ячейках и, соответственно, туннельный ток между иглой 6 и образцом 4 в дополнительной туннельной ячейке, определяющий на резисторе 27 входной сигнал дополнительного УТТ 26. Усиленный сигнал через дополнительный фильтр 28 одновременно подается на дополнительные пары электродов 4 и 15 управления ПЭ 2 и 3 так, чтобы свести туннельный ток к начальному значению. Это означает, что изменение туннельных промежутков вследствие вибраций компенсируется за счет функционирования дополнительных пар электродов

5

управления и наличия обратной связи через дополнительный УТТ 26.

Кроме того, за счет близости расположения и идентичности в шолнения туннельных ячеек и образцов аналогичным образом компенсируется температурный дрейф и деформация ползучести ПЭ, а также нестабильность источника 22 напряжения смещения и второго источника 19 напряжения., В результате достигается повыщение точности

формируемого изображения поверхности.

Формула изобретения

Туннельный микроскоп, содержащий туннельную ячейку с пьезометрической сисg темой плоскопараллельного перемещения иглы и пьезоэлементом перемещения образца в направлении оси иглы с парой электродов управления, а также блок управления, включающий первые последовательно соединенные источник напряжения, усили0 тель и фильтр системы плоскопараллельного перемещения иглы, вторые последовательно соединенные источник напряжения и фильтр, выход которого соединен с парой электродов управления пьезоэлемента пере.мещения образца, усилитель туннельного тока, в цепь входа которого включен источник напряжения смещения, его вход щунтирован резистором, а выход соединен с вторым входом второго фильтра, и задающий генератор, выход которого соединен с вторым входом первого усилителя и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя туннельного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения влияния вибраций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов, он снабжен дополните/чьной туннельной ячейкой, идентичной первой, причем каждый из пьезоэлементов перемещения образца первой и дополнительной туннельных ячеек выпол- 0 нен с дополнительной парой электродов управления, а блок управления снабжен дополнительным усилителем туннельного тока с шунтирующим его вход резистором и дополнительным фильтром, выход которого соединен с параллельно соединенными между собой парами дополнительных электродов управления пьезоэлементов перемещения образца, его первый вход соединен с -выходом дополнительного усилителя туннельного тока, второй вход соединен с первым входом 50 второго фильтра, а цепь входа дополнительного усилителя туннельного тока последовательно соединена с источником напряжения смещения.

0

f ua.l

Изобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для микроанализа поверхности твердых тел. Цель изобретения - повышение точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения влияния вибраций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов (ПЭ). В КОРПУСЕ ТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА УСТАНОВЛЕНЫ ДВЕ ИДЕНТИЧНЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ЯЧЕЙКИ. КАЖДАЯ ИЗ ЭТИХ ЯЧЕЕК ВКЛЮЧАЕТ ПЭ перемещения образцов и пьезоэлектрические системы плоскопараллельного перемещения игл. ПЭ снабжены первой и дополнительной парами электродов управления. Блок управления включает источники напряжения, усилители, фильтры, усилители туннельного тока, а также задающий генератор и регистратор. Изменение туннельных промежутков вследствие вибраций или других воздействий компенсируется за счет функционирования дополнительных пар электродов управления и наличия обратной связи через дополнительный усилитель туннельного тока. 2 ил.

118.2