Туннельный микроскоп

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 Н Ol J 37 285

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4400897/24-21 (22) 31.03.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (72) В. М. Свищ (53) 621.325.833 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1201919, кл. Н 01 J 37/26, 1984.

Дрейк и др, Туннельный микроскоп для работы на воздухе и в жидкостях.— Приборы для научных исследований, 1986, № 3, с. 134. (54) ТУННЕЛЬНЫ11 МИКРОСКОП (57) 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 вибраИзобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для микроанализа поверхности твердых тел.

Целью изобретения является повышение 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 начального положения игл. ПЭ 2 и 3 (фиг. 2) снабжены первой парой электродов 12 и 13

„„Я0„„1597961 A1

2 ций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов (ПЭ). В корпусе туннельного микроскопа установлены две идентичные тун нел ьны и ячейк и. 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. управления и дополнительнои парои электродов 14 и 15 управления. Блок управления включает первые последовательно соединенные источник 16 напряжения, усилитель

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 смешения, а параллельно 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. Дополнител ьно в блок управления введены дополнительный УТТ 26 с шунтирующим его вход резистором 27 и дополнительный фильтр 28, выход которого

1597961 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. B 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 ос циллограф. Перемещение иглы 7 вдол ь поверхности образца 5 вызывает изменение туннельного тока в промежутке и, соотвественно, 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 равным 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 14 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 управления и наличия обратной связи через дополнительный УТТ 26, Кроме того, за счет близости расположения и идентичности выполнения 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 повышение точности формируемого изображения поверхности.

Формула изобретения

Туннельный микроскоп, содержащий туннельную ячейку с пьезометрической сис15 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, усили20 тель и фильтр системы плоскопараллельного перемещения иглы, вторые последовательно соединенные источник напряжения и фильтр, выход которого соединен с парой электродов управления пьезоэлемента перемещения образца, усилитель туннельного тока, в цепь входа которого включен источник напряжения смещения, его вход шунтирован резистором, а выход соединен с вторым входом второго фильтра, и задающий генератор, выход которого соединен с вторым вхо3О дом первого усилителя и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя туннельного тока, отличаюи1ийся тем, что, с целью повышения точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения з5 влияния вибраций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов, он снабжен дополнительной туннельной ячейкой, идентичной первой, причем каждый из пьезоэлементов перемещения образца первой и дополнительной туннельных ячеек выполчО нен с дополнительной парой электродов управления, а блок управления снабжен дополнительным усилителем туннельного тока с шунтирующим его вход резистором и дополнительным фильтром, выход которого соеди4 нен 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

5О второго фильтра, а цепь входа дополнительного усилителя туннельного тока последовательно соединена с источником напряжения смещения.

1597961

Составитель В. Гаврюшин

Редактор И. Шулла Техред A. Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 3060 Тираж 402 Г1одписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. 4 5

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