Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа

 

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а именно к устройствам, обеспечивающим наблюдение, изменение и модификацию поверхности объектов в туннельном и атомно-силовых режимах. Предлагаемый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа включает основание, к которому крепится балка, на дальнем от основания конце которой расположен клиновидный выступ, острие которого параллельно направлению сканирования. Балка кантилевера может иметь поперечное утончение с произвольным, например треугольным, сечением. Технический результат: повышение механической прочности кантилевера и уменьшение нелинейности зависимости снимаемого с него сигнала от рельефа сканирующей поверхности. 5 ил.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а именно к устройствам, обеспечивающим наблюдение, изменение и модификацию поверхности объектов в туннельном и атомно-силовом режимах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является кантилевер, описанный в работе [1]. Этот кантилевер для сканирующего зондового микроскопа состоит из основания, к которому крепится балка с расположенной на дальнем от основания конце иглой. Недостатком такой конструкции является ограниченный срок службы, связанный с низкой механической прочностью острого конца иглы кантилевера. Кроме того, при контакте с поверхностью тонкая игла испытывает значительные упругие деформации и вместо сканирования по траектории, задаваемой сканирующим блоком микроскопа, описывает вблизи нее сложную кривую, ход которой определяется видом сканируемой поверхности и упругостью иглы. Если, например, при сканировании игла такого кантилевера встречает на своем пути выступ, то вместо следования по прямой через этот участок рельефа она частично огибает его. Результатом этого являются нелинейные искажения выходного сигнала.

Задача изобретения - разработка кантилевера для сканирующего зондового микроскопа.

Технический результат изобретения заключается в повышении механической прочности кантилевера и уменьшении нелинейности зависимости снимаемого с него сигнала от рельефа сканируемой поверхности.

Это достигается тем, что на дальнем от основания конце балки кантилевера расположен клиновидный выступ, острие которого параллельно направлению сканирования.

Предлагаемый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа состоит из основания 1 (см. фиг. 1), к которому крепится балка 2, и клиновидного выступа 3, находящегося на дальнем от основания конце балки.

На фиг. 1-4 изображены различные варианты предлагаемого кантилевера.

Предлагаемый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа работает следующим образом. Сканирование исследуемой поверхности происходит вдоль направления 1 (см. фиг. 5), заданного острием 2 клиновидного выступа кантилевера. При этом в контакт с поверхностью вступает вершина 3. Предполагается, что грань 4 клиновидного выступа имеет достаточно малый угол при вершине 3, что обеспечивает высокое пространственное разрешение при сканировании. При движении по рельефу поверхности в вершине 3 возникает механическое напряжение, вызывающее изгиб балки кантилевера вокруг оси 5. Величина этого изгиба наряду с величиной нормального изгиба балки в направлении 6 несет информацию о рельефе исследуемой поверхности. Для более точного измерения нормального изгиба в направлении 6 балка кантилевера может иметь поперечное утончение с произвольным, например треугольным, сечением (см. фиг. 2). Однако это же механическое напряжение в вершине 3 может вызвать деструкцию сканирующего выступа кантилевера в зоне контакта. Если таким выступом служит игла, то, в силу ее малой толщины на конце, даже невысокие нагрузки быстро затупят ее, в то время как в случае применения клинообразного выступа нагрузка будет направлена вдоль острия 2 выступа, что приводит к значительному увеличению механической прочности конструкции.

Также при сканировании тонкая игла подвергается упругой деформации, что приводит к нелинейным искажениям результирующего сигнала. Увеличение жесткости выступа с помощью придания ему клиновидной формы позволяет существенно снизить этот паразитный эффект. Действительно, жесткий клиновидный выступ, не подверженный существенной деформации при контакте с поверхностью, будет точно следовать траектории, задаваемой сканирующим блоком микроскопа.

Литература.

1. Anja Boisen, Ole Hansen and Siebe Bouwstra. AFM probes with directly fabricated tips. J. Micromec. Microeng. N 6, 1996, p. 61 Список иллюстраций.

Фиг. 1-4: Различные варианты предлагаемого кантилевера для сканирующего зондового микроскопа с клиновидным выступом на конце балки.

Фиг. 5: Сканирование поверхности с помощью предлагаемого кантилевера.

Формула изобретения

Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа, состоящий из основания, к которому прикреплена балка с расположенным на дальнем от основания конце выступом, отличающийся тем, что выступ имеет форму клина, сканирующего вдоль направления, заданного его острием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5