Сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения


 


Владельцы патента RU 2401983:

ЗАО "Нанотехнология-МДТ" (RU)

Изобретение относится к зондовой микроскопии, а именно к устройствам, обеспечивающим комплексные исследования сложных объектов при контроле и создании требуемой среды измерения. В сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения введены модульный блок откачки, сопряженный с платформой, герметичный кожух с, по меньшей мере, одним оптически прозрачным окном, имеющим возможность вакуумно-плотной установки на платформу и герметизации измерительного модуля, а также блок визуализации, установленный на платформе с возможностью подвижки и оптически сопряженный, по меньшей мере, посредством одного оптически-прозрачного окна с зондом. Платформа имеет замкнутую вакуумно-плотную полость, в которой расположены подвижный элемент с держателем образца. Захват зонда снабжен пьезомодулем, а на платформе установлен ориентатор, сопряженный с герметичным кожухом. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к зондовой микроскопии, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим комплексные исследования сложных объектов при контроле и создании требуемой среды измерения.

Известен сканирующий зондовый микроскоп, содержащий платформу, на которой установлен измерительный блок, включающий захват с зондом, оптически сопряженным с источником излучения и фотоприемником, блок предварительного сближения с приводом, передаточным механизмом и подвижным элементом, сопряженным с держателем образца с образцом, установленным на сканирующем модуле [1].

Основной недостаток этого устройства заключается в невозможности проводить комплексные исследования в контролируемой газовой среде.

Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Задачей изобретения является создание многофункционального прибора для комплексных измерений.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей сканирующего зондового микроскопа.

Указанный технический результат достигается тем, что в сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения введены модульный блок откачки, сопряженный с платформой, герметичный кожух с, по меньшей мере, одним оптически прозрачным окном, имеющим возможность вакуумно-плотной установки на платформу и герметизации измерительного модуля, а также блок вакуумизации, установленный на платформе с возможностью подвижки и оптически сопряженный, по меньшей мере, посредством одного оптически-прозрачного окна с зондом, при этом платформа имеет замкнутую вакуумно-плотную полость, в которой расположены подвижный элемент с держателем образца, захват зонда снабжен пьезомодулем, а на платформе установлен ориентатор, сопряженный с герметичным кожухом.

Существует вариант, в котором сканирующий модуль сопряжен с подвижным элементом посредством двухкоординатного позиционера и содержит держатель образца с образцом.

Существует также вариант, в котором привод размещен вне замкнутой вакуумно-плотной полости и сопряжен с передаточным механизмом посредством уплотнения.

Возможен вариант, в котором устройство снабжено средствами напуска газа, состыкованными с герметичным кожухом и (или) замкнутой вакуумно-плотной полостью платформы.

Возможен также вариант, в котором сканирующий модуль сопряжен с измерительным модулем и содержит захват зонда с зондом.

Существует вариант, где устройство снабжено жидкостной ячейкой или электрохимической ячейкой, установленной либо на подвижном элементе, либо на сканирующем модуле, при этом держатель образца размещен внутри жидкостной ячейки.

Существует также вариант, где вакуумно-плотная установка герметичного кожуха на платформе осуществлена посредством упругого уплотнения и без механического касания герметичного кожуха и платформы.

Кроме этого возможен вариант, в котором сканирующий модуль сопряжен с измерительным модулем и содержит захват зонда с зондом, и устройство снабжено магнитом, установленным на подвижном элементе и магнитно-сопряженным с держателем образца.

Кроме этого также возможен вариант, в котором сканирующий модуль сопряжен с измерительным модулем и содержит захват зонда с зондом, и ориентатор сопряжен с герметичным кожухом посредством демпфирующего элемента.

На фиг.1 изображена схема предложенного устройства.

Сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения содержит платформу 1 с замкнутой вакуумно-плотной полостью 2, в которой на направляющих 3 установлен подвижный элемент 4. На нем закреплен двухкоординатный стол 5 со сканирующим модулем 6, на котором установлен держатель образца 7 с образцом 8.

Подвижный элемент 4 зацепом 9 сопряжен через деталь кинематической развязки 10 с передаточным механизмом 11, который установлен в платформе 1 через уплотнение 12 и сопряжен с приводом 13.

На платформе 1 посредством регулируемых опор 14 установлен измерительный модуль 15 с захватом 16 с зондом 17 и пьезомодулем 18, а также лазером 19 и фотоприемником 20. Лазер 19 и фотоприемник 20 имеют котировочные подвижки (не показаны). Следует заметить, что модуль 15 может быть выполнен в виде туннельного модуля (не показано).

Модуль 15 может быть установлен посредством закрепленных на платформе 1 ловителей 21.

На платформе 1 установлен посредством упругого уплотнения 22 герметичный кожух 23 с, например, первым 24 и вторым 25 оптически-прозрачными окнами. Через окно 24 блок визуализации 26 оптически сопряжен с зондом 17 и соответственно с зоной измерения. Блок 26 имеет возможность установки на кронштейне 27 во второе положении напротив второго окна 25.

На платформе 1 закреплен ориентатор 28 с демпфирующим элементом 29, имеющим возможность сопряжения с герметичным кожухом 23.

Эти элементы подробно не показаны. Они могут иметь форму дуг окружности, близкой к диаметру цилиндрического кожуха 23 и соприкасаются с ним с разных сторон. Могут быть также другие варианты. Элемент 29 может быть изготовлен из пористой резины.

Платформа 1 соединена с модульным блоком откачки, например, содержащим манометр 30, вентили 31, цеолитовый насос 32 и форвакуумный насос 33. Блок откачки выполнен таким образом, что он имеет возможность оперативного отсоединения и перекомпоновки насосов, а также подсоединения новых насосов, например турбомолекулярного.

Платформа 1, а также кожух 23 могут быть соединены со средствами напуска газа 34 и 35.

В состав устройства входит блок управления 36, подключенный к элементам 6, 7, 13, 15, 33, 34 и 35. С элементами сканирующего зондового микроскопа, описанного выше, можно подробно ознакомиться в [2, 3, 4, 5].

Существуют возможные варианты микроскопа, в которых сканирующий элемент входит в состав модуля 15. Держатель образца 7 при этом распложен на координатном столе 5. Этот вариант не показан, его исполнение см. в [6].

Возможны также использования в устройстве электрохимических и жидкостных ячеек, расположенных либо на сканирующем модуле 6, либо на координатном столе 5. Этот вариант также не показан. См. подробно в [7, 8].

Существуют также варианты использования магнита (не показан) для магнитных измерений. Он может быть установлен на подвижном элементе 4, на координатном столе 5, на сканирующем модуле 6 либо на платформе 7. Обязательным условием установки магнита является сопряжение его магнитных линий с зоной измерения.

Сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения работает следующим образом.

Устанавливают образец 8 на держатель 7 посредством, например, прижимных лапок (не показано). Над образцом 8 располагают измерительный модуль 15. Используя двухкоординатный стол 5, вводят образец 8 в нужную зону относительно зонда 17. Для этого можно использовать модуль визуализации 26, повернув его на поворотном кронштейне 27 и расположив над зоной измерения. Включают привод 13 и осуществляют предварительное сближение образца 8 с зондом 17. Этот процесс можно контролировать, разместив измерительный модуль напротив окна 25. После достижения расстояния между образцом и зондом порядка 1 мм устанавливают кожух 23 на уплотнение 22 и осуществляют откачку устройства.

По достижении требуемого давления осуществляют финишное сближение образца 8 с зондом 17 и производят сканирование измеряемой поверхности.

При необходимости напускают, например, инертный газ в зону измерения. Это может использоваться, например, при применении жидкостной или электрохимической ячейки.

Магнитные измерения могут проводиться как с образцами, закрепленными на держателе 7, так и в жидкостных ячейках. Подробно жидкостные, электрохимические и магнитные измерения см. в [7, 8, 9].

При необходимости перед измерением можно включать пьезомодуль 18 и сбивать ультразвуком частички грязи с острия зонда.

Введение в устройство модульного блока откачки, сопряженного с платформой, а также герметичного кожуха с, по меньшей мере, одним оптически прозрачным окном, имеющим возможность вакуумно-плотной установки на платформу и герметизации измерительного модуля, расширяет возможности исследования образцов.

Установка блока визуализации на платформе с возможностью подвижки и оптическое сопряжение с зондом посредством нескольких оптически-прозрачных окон позволяет иметь доступ к зоне измерения как сверху, так и с боку, что расширяет возможности поиска объектов на образцах и подвода к ним.

Введение пьезомодуля на захват зонда расширяет возможности использования зонда.

Использование ориентатора, сопряженного с герметичным кожухом посредством демпфирующего элемента, уменьшает акустические воздействия на зону измерения и повышает его точность.

Сопряжение сканирующего модуля с подвижным элементом посредством двухкоординатного позиционера позволяет использовать простой и надежный измерительный модуль для высокоточных измерений.

Размещение привода вне замкнутой вакуумно-плотной полости и сопряжение его с передаточным механизмом посредством уплотнения снижает пылегазовыделения в измеряемую зону и упрощает использование привода.

Снабжение герметичного кожуха и (или) замкнутой вакуумно-плотной плоскости платформы средствами напуска газа расширяет возможности устройства.

Сопряжение сканирующего модуля с измерительным модулем позволяет исследовать образцы больших размеров и масс.

Снабжение устройства жидкостной ячейкой или электрохимической ячейкой, установленной либо на подвижном элементе, либо на сканирующем модуле, расширяет функциональные возможности устройства.

Использование магнита, установленного на подвижном элементе и магнитно-сопряженным с держателем образца, позволяет дополнительно проводить магнитные измерения.

Установка вакуумно-плотного герметичного кожуха на платформе посредством упорного уплотнения без механического касания кожуха и платформы уменьшает акустические воздействия на зону измерения и повышает его точность.

Источники информации

1. Патент RU 2282902, 2006 г.

2. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др., Сенсорные системы, т.12, №1, с.99-121, 1998 г.

3. Сканирующая туннельная и атомносиловая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И., Успехи химии, 64(8), 1995 г., с.818-833.

4. Патент RU 2199171, 2003 г.

5. Патент RU 2255321, 2003 г.

6. Патент RU 2227333, 2004 г.

7. Патент RU 2248600, 2005 г.

8. Патент RU 2210731, 2003 г.

9. Патент RU 2276794, 2006 г.

1. Сканирующий зондовый микроскоп с контролируемой средой измерения, содержащий платформу, на которой установлен измерительный модуль, включающий захват зонда с зондом, оптически сопряженным с источником излучения и фотоприемником, блок предварительного сближения с приводом, передаточным механизмом и подвижным элементом, сопряженным с держателем образца с образцом, а также сканирующий модуль, отличающийся тем, что в него введены модульный блок откачки, сопряженный с платформой, герметичный кожух с, по меньшей мере, одним оптически прозрачным окном, имеющим возможность вакуумно-плотной установки на платформу и герметизации измерительного модуля, а также блок визуализации, установленный на платформе с возможностью подвижки и оптически сопряженный, по меньшей мере, посредством одного оптически-прозрачного окна с зондом, при этом платформа имеет замкнутую вакуумно-плотную полость, в которой расположены подвижный элемент с держателем образца, захват зонда снабжен пьезомодулем, а на платформе установлен ориентатор, сопряженный с герметичным кожухом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сканирующий модуль сопряжен с подвижным элементом посредством двухкоординатного позиционера и содержит держатель образца с образцом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод размещен вне замкнутой вакуумно-плотной полости и сопряжен с передаточным механизмом посредством уплотнения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено средствами напуска газа, состыкованными с герметичным кожухом и (или) замкнутой вакуумно-плотной полостью платформы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сканирующий модуль сопряжен с измерительным модулем и содержит захват зонда с зондом.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено жидкостной ячейкой или электрохимической ячейкой, установленной либо на подвижном элементе, либо на сканирующем модуле, при этом держатель образца размещен внутри жидкостной или электрохимической ячейки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумно-плотная установка герметичного кожуха на платформе осуществлена посредством упругого уплотнения и без механического касания герметичного кожуха и платформы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено магнитом, установленным на подвижном элементе и магнито-сопряженным с держателем образца.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ориентатор сопряжен с герметичным кожухом посредством демпфирующего элемента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения шероховатости наружной сферической поверхности детали. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, используемой при послеремонтном контроле поверхностей крупногабаритной трубопроводной арматуры /ТПА/. .

Нутромер // 2381440
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в качестве устройства измерения линейных величин неровностей профиля поверхности внутренней полости трубы.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для усовершенствования работы инструментов, измеряющих высоту рельефа поверхности, и для сертификации высотных стандартов.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области создания средств и методов бесконтактного измерения неровностей поверхностей, геометрических размеров, эксцентриситета и перемещений деталей машин и механизмов.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. .

Изобретение относится к областям металлургии, производства материалов и может быть использовано преимущественно в листопрокатных технологиях. .

Изобретение относится к сплошному ролику для определения отклонений от плоскостности при обработке полосового материала, согласно ограничительной части п. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для определения и контроля опорной площади неровностей поверхности электропроводных изделий.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения с помощью сканирующего зондового микроскопа рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объектов в режимах сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля шероховатости поверхности электропроводных изделий, например, из нержавеющей стали в процессе электролитно-плазменной обработки

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для обнаружения дефектов поверхности катания колес железнодорожных транспортных средств в движении

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изучения процесса износа поверхностей деталей машин. Сущность: подают ток на контактирующие детали, нагруженные в соответствии с реальными условиями эксплуатации. Регистрируют изменение силы тока в цепи во времени. Рассчитывают текущее значение общего сопротивления электрической цепи, используя зависимость для текущего изменения опорной контактной площади микронеровности, являющейся функцией изменения величины контактного сближения поверхностей. Определяют текущее значение силы тока по высоте микрорельефа. Задаются рядом значений моментов времени и определяют изменение величины контактного сближения поверхностей от времени (эксплуатационного износа) и изменение опорной контактной площади микронеровности от времени. Технический результат: расширение возможности исследования микрогеометрии поверхностей, возможность прогнозировать кинетику изменения микрорельефа в реальных условиях эксплуатации и сделать выводы о предпочтительности применения того или иного микрорельефа в реальных условиях эксплуатации. 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство используют для контроля отклонения от прямолинейности поверхности боковой рабочей грани головки рельса в горизонтальной плоскости и поверхности катания головки рельса в вертикальной плоскости бесконтактным методом. Устройство автоматического контроля прямолинейности сварных стыков рельсов содержит корпус, механическую часть, торцевые панели, бесконтактные датчики базирования, датчики бесконтактного измерения расстояния до поверхности рельса и электронный блок. Механическая часть состоит из базирующих призм, закрытых с внешней стороны торцевыми панелями, которые имеют вырезы, соответствующие поверхностям, ответным контролируемым, между которыми установлены встроенные магниты. Каждая призма имеет опорные наконечники, контактирующие с контролируемыми поверхностями. Рядом с наконечниками расположены бесконтактные датчики базирования, сопряженные с электронным блоком. В центральной части корпуса между вспомогательными призмами расположены датчики бесконтактного измерения расстояния до поверхности рельса, сопряженные с электронным блоком, осуществляющим отображение отклонений от прямолинейности на аналоговых индикаторах и на графическом дисплее и хранение результатов отклонения в блоке памяти. Изобретение касается также способа использования этого устройства. В результате обеспечивается возможность получить наглядную и достоверную информацию, сокращается время, необходимое для контроля прямолинейности сварных стыков рельсов. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

Использование: для изготовления иглы кантилевера сканирующего зондового микроскопа. Сущность изобретения заключается в том, что для изготовления иглы кантилевера используют хрупкую прозрачную подложку, которую заполняют оптически прозрачной жидкостью и в горизонтальном положении укладывают в пластическую массу, которую периодически замораживают и размораживают. Затем с помощь источника света с направленным плоским световым потоком воздействуют на подложку, добиваясь появления микротрещин на подложке, которые впоследствии разрушают подложку, в результате чего происходит скалывание и образование иглы кантилевера. В качестве подложки можно использовать любой подручный хрупкий материал. Технический результат: повышение производительности и снижение материалоемкости при изготовлении иглы кантилевера со сверхострой вершиной. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх