Калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов



Калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов
Калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов

 


Владельцы патента RU 2538024:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Центр перспективных технологий" (RU)

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в трех измерениях. Изобретение позволяет осуществлять трехмерную калибровку зондовых микроскопов и профилометров и расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов. Это достигается за счет того, что в эталоне, состоящем из пластины, выполненной из поляризованного пьезоэлектрического материала, к двум противоположным сторонам которой прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом прикреплено по элементу, причем пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения. Каждый из элементов имеет, по крайней мере, по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности, одна из которых у каждого элемента перпендикулярна направлению перемещения одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, а другая, перпендикулярная к предыдущей, у каждого элемента параллельны между собой. 2 ил.

 

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в трех измерениях.

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины с плоской поверхностью с нанесенными на нее золотыми частицами (J. Vesenka, S. Manne, R. Giberson, T. Marsh and E. Henderson. Colloidal Gold Particles as an Incompressible Atomic Force Microscope Imaging Standard for Assessing the Compressibility of Biomolecules. Biophysical Journal Volume 65, September 1993, pages 1-6).

Известен калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, представляющий собой пластину высокоориентированного пиролитического графита (PELCO® Technical Notes, Highly Ordered Pyrolytic Graphite ZYH quality, Product №626).

Наиболее близким к заявляемому является известный калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины, выполненной из поляризованного пьезоэлектрического материала, к двум противоположным сторонам которой прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности (патент РФ №2386989, кл. G02B 21/00, 2007) - прототип. В известном техническом решении в качестве поляризованного пьезоэлектрического материала использованы пьезокерамики различных марок с различными значениями пьезомодуля, при этом при использовании данных материалов прикладываемое напряжение направлено по поляризации пьезокерамики. Данный эталон позволяет осуществлять калибровку профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в диапазоне (с точностью) 0,1-0,6 нанометров (нм).

Недостатком известного эталона является то, что он дает возможность калибровать шкалу используемого прибора только по высоте, но не позволяет осуществлять трехмерную калибровку исследуемого образца, то есть по длине, ширине и высоте.

Задачей изобретения является создание калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, позволяющего осуществлять калибровку приборов по одной оси, по нескольким направлениям в плоскости исследуемого образца, например по осям X и Y, а также трехмерную калибровку (по осям X, Y и Z), то есть по всем пространственным измерениям - по длине, ширине и высоте, а также расширение арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов.

Технической задачей изобретения является создание калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, позволяющего осуществлять трехмерную калибровку приборов, то есть по трем измерениям.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном калибровочном эталоне для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящем из пластины, выполненной из поляризованного пьезоэлектрического материала, к двум противоположным сторонам которой прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом прикреплено по элементу, причем пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, каждый из элементов имеет по крайней мере по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности, одна из которых у каждого элемента перпендикулярна направлению перемещения одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, а другая, перпендикулярная к предыдущей, у каждого элемента параллельны между собой.

Предлагаемый эталон является новым и не описан в научно-технической литературе.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов различного принципа действия и различных марок.

В предложенном техническом решении для изготовления калибровочного эталона можно использовать поляризованные пьезоэлектрические материалы (пьезокерамику) различных марок, например PZT5, ЦТС-19, ЦТС-22, ЦТБС-3 и т.д. Пластина может иметь любую произвольную форму, например круглую, овальную, квадратную, прямоугольную и др. При этом толщина пластины по всей поверхности предпочтительно должна быть одинаковой.

Следует отметить, что в предлагаемом изобретении электроды обязательно должны быть прикреплены к двум противоположным сторонам пластины. Изобретение становится неработоспособным, если вместо двух электродов к пластине прикрепить только один электрод или два электрода прикрепить не к противоположным, а к смежным (примыкающим к друг другу) сторонам пластины.

Прикрепление электродов к двум противоположным сторонам пластины должно быть достаточно прочным, чтобы обеспечить надежное создание электрического поля в поляризованном пьезоэлектрическом материале. В изобретении можно использовать как готовые (коммерчески доступные) образцы пластин пьезокерамики с уже прикрепленными к ним электродами или самостоятельно осуществлять прикрепление электродов различными методами. Каждый из электродов может быть изготовлен из любого электропроводящего материала, причем материал электродов может быть как одинаковым, так и может отличаться друг от друга. При этом целесообразно использовать преимущественно плоские электроды, закрывающие преимущественно всю поверхность сторон пластины. Толщина каждого из электродов может быть как одинаковой в пределах каждого электрода, так и различной, при этом электроды могут быть как одинаковыми по форме и толщине, так и могут отличаться друг от друга.

Следует отметить, что в предлагаемом изобретении электроды обязательно должны быть соединены с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности. В качестве такого источника можно использовать любые источники электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, например такие, как генераторы сигналов, аналогово-цифровые преобразователи, электробатарейки с переключателем на выходе, также любые источники, обеспечивающие возможность подачи на электроды электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности. Для соединения электродов с источником напряжения могут быть использованы гибкие, негибкие или комбинированные (один либо оба из которых или их часть может быть как гибкой, так и не гибкой) провода.

В предлагаемом техническом решении необходимо использовать только источники электрического напряжения обязательно постоянной амплитуды и одинаковой полярности. При этом форма сигнала может быть различной, например прямоугольный сигнал (меандр), синусоидальный сигнал с постоянной частотой и амплитудой (размахом) и др. При использовании источников электрического напряжения с переменной амплитудой и/или переменной (меняющейся) полярностью изобретение становится неработоспособным.

В предлагаемом изобретении к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом должно быть прикреплено по элементу. При этом пластина и геометрические размеры элементов должны быть подобраны так, чтобы обеспечить перемещение одного из элементов при приложении к электродам электрического напряжения. Калибровочный эталон устроен так, что при его размещении в процессе работы на предметном столике профилометра или сканирующего зондового микроскопа при подаче электрического сигнала на электроды эталона перемещение совершает только один из элементов. У другого элемента сила, действующая на него со стороны пьезокерамической пластины, уравновешивается силой, действующей на него со стороны предметного столика, поэтому данный элемент эталона остается неподвижным.

Элементы могут быть как одинаковыми по форме и размерам, так и могут отличаться друг от друга.

Прикрепление элементов к сторонам пластины с расположенным на ней электродом можно осуществлять различными методами, например с помощью клея, фиксирующей мастики или двухстороннего скотча, с помощью механического или магнитного соединения, а также любым другим способом, обеспечивающим фиксацию элемента относительно стороны пластины, к которой прикреплен элемент.

Вышеназванные элементы могут быть изготовлены из различных материалов с различными электропроводящими свойствами, например из эбонита, тефлона, стали и т.д. и могут иметь различную форму, например параллелепипеда, углового кронштейна, скобы и т.д. При этом пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения. Подбор пластины и геометрических размеров элементов осуществляют экспериментально.

В предлагаемом изобретении каждый из вышеназванных элементов обязательно должен иметь по крайней мере по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности (первую и вторую). Если таких плоскостей на каждом из элементов по две, то эти поверхности (первая и вторая) обязательно должны быть перпендикулярны друг другу, причем одна из плоских поверхностей, например первая, у каждого элемента должна быть перпендикулярна направлению перемещения одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, а две другие (вторые) плоские поверхности, перпендикулярные к предыдущим, у каждого из элементов должны быть параллельны между собой. Если хотя бы одно из этих условий не выполнить, то изобретение становится неработоспособным. Ввиду того что при работе с эталоном используются только по две плоские поверхности на каждом из элементов, наличие либо отсутствие дополнительных плоских поверхностей на каждом из элементов и их взаимное расположение относительно друг друга и сторон пластины с прикрепленными электродами принципиального значения не имеет.

Предложенное техническое решение работает следующим образом. Калибровочный эталон устанавливают в держатель образца прибора на одну из опорных поверхностей элемента эталона, параллельную направлению перемещения элемента эталона при подаче на электроды электрического напряжения (калибруемая ось X), и осуществляют подвод зонда прибора к плоской рабочей поверхности другого элемента эталона, параллельной той, на которую установлен эталон. Таким образом, при калибровке используют предлагаемый эталон, у которого плоская поверхность перемещающего элемента доступна для проведения измерений с помощью приборов (обеспечивает доступность плоской поверхности перемещающегося элемента для зонда прибора). Подвод может быть осуществлен в контактном, полуконтактном, бесконтактном (работа на силах притяжения) или любом другом режиме сканирующего зондового микроскопа. Для профилометра может быть выбран контактный или любой другой режим работы. На электроды эталона подают электрическое напряжение постоянной амплитуды и полярности от источника. Подавать напряжение на электроды можно до начала подвода зонда прибора, в процессе подвода или после окончания подвода. Под действием электрического напряжения изменяются геометрические размеры пьезокерамической пластины эталона, приводящие к перемещению одного из элементов эталона, которое регистрирует сканирующий зондовый микроскоп или профилометр. Приложение и снятие электрического напряжения можно проводить однократно или повторять периодически с выбранной амплитудой или частотой. Профилометр или сканирующий зондовый микроскоп записывает положение и перемещение образца на определенную заданную величину, зависящую от величины пьезомодуля используемой пьезокерамики и величины электрического напряжения, прикладываемого к электродам эталона. Это дает возможность осуществить калибровку прибора по одному из направлений, лежащих в плоскости исследуемого образца (ось X). Для калибровки по любому другому направлению, лежащему в плоскости образца, эталон поворачивают в плоскости исследуемого образца таким образом, чтобы направление перемещения рабочей поверхности элемента эталона было параллельно требуемому направлению. При повороте эталона в плоскости исследуемого образца на 90 градусов от первоначального направления удается осуществить калибровку по оси Y.

Для калибровки эталона по оси, перпендикулярной плоскости исследуемого образца (калибруемая ось Z), калибровочный эталон устанавливают на другую плоскую опорную поверхность одного из элементов эталона, которая перпендикулярна направлению перемещения элемента эталона при подаче на электроды электрического напряжения, и аналогичным образом осуществляют измерения перемещения образца на определенную заданную величину, зависящую от величины пьезомодуля используемой пьезокерамики и величины электрического напряжения, прикладываемого к электродам эталона.

В держатель образца калибровочный эталон можно устанавливать совместно с исследуемым образцом либо без него. При этом образец рекомендуется закреплять на используемой плоской рабочей поверхности одного из элементов эталона с помощью клея, фиксирующей мастики или двухстороннего скотча, с помощью механического или магнитного соединения, а также любым другим способом, обеспечивающим фиксацию образца относительно поверхности элемента эталона, к которой прикреплен образец. При установлении исследуемого образца на поверхности элемента эталона зонд профилометра или сканирующего зондового микроскопа осуществляет сканирование поверхности образца, то есть осуществляет перемещение зонда прибора относительно образца.

Предпочтительно, чтобы прикладываемое напряжение было направлено по направлению поляризации керамики, поскольку известно, что при приложении электрического напряжения по поляризации критических изменений пьезосвойств керамики не происходит (Ланин В.А. Старение пьезокерамики системы ЦТС под действием электрических и механических напряжений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск. Сибирский государственный университет путей сообщения. 2006 - 21 с. Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния).

Предварительную (единоразовую или периодическую) поверку калибровочного эталона и привязку к первичному эталону метра следует проводить с помощью прецизионного интерферометра или емкостного датчика (дилатометра). Современные интерферометры и емкостные датчики могут обеспечить точность измерений на уровне 10-5 нм.

После завершения измерений исследуемый образец убирают с поверхности эталона, после этого эталон можно использовать повторно при исследовании другого образца, а также многократно чистить от загрязнений, при этом метрологическая точность эталона не зависит от стирания, деградации и окисления рабочей поверхности эталона.

Преимущества предложенного эталона иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1

Используют калибровочный эталон, схематическое изображение которого приведено на Фиг.1. Эталон состоит из прямоугольной пьезокерамической пластины, обозначенной цифрой 1. Пластина имеет геометрические размеры: длина 12 мм, высота 3 мм, ширина (толщина) 0,5 мм и изготовлена из поляризованного в горизонтальном направлении (по ширине (толщине) пластины) пьезоэлектрического материала - пьезокерамики марки ЦТС-23 с величиной пьезомодуля d33=150 пикокулон/ньютон. У эталона к противоположным вертикальным сторонам пластины прикреплено по серебряному электроду, обозначенному цифрой 2, каждый из которых соединен с помощью гибкого провода, обозначенного цифрой 3, с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, не показанному на Фиг.1. В качестве источника электрического напряжения эталон содержит генератор прямоугольного сигнала амплитудой 5 вольт и частотой 1 герц. У эталона к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом с помощью клея прикреплено по элементу, обозначенному цифрами 4 и 5. При этом пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения. У эталона каждый из элементов имеет по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности (рабочие, обозначенные цифрой 6, и опорные, обозначенные цифрой 7). При этом одна из рабочих поверхностей 6 элемента 5 перпендикулярна направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения, а другая рабочая поверхность 6 параллельна одной из опорных поверхностей 7 элемента 4.

При работе указанный эталон помещают опорной стороной 7 элемента 4, параллельной направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения, на горизонтальный предметный столик сканирующего зондового микроскопа марки ФемтоСкан. Зонд микроскопа приводят в контакт с рабочей поверхностью 6 элемента 5, параллельной направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения, включают генератор прямоугольного сигнала и подают на электроды эталона электрическое напряжение вышеуказанной амплитуды и частоты. При этом прикладываемое напряжение направлено по поляризации пьезокерамики в горизонтальном направлении. Далее запускают сканирование вдоль одиночного сечения поверхности эталона в горизонтальном направлении в полуконтактном режиме атомно-силового микроскопа с частотой строчной развертки 2 герца. При этом записывают получающиеся результаты измерений в память прибора. Результаты измерений представляют собой набор профилей одиночного сечения рабочей поверхности 6 элемента 5 эталона, попарно смещенных относительно друг друга. С помощью программного обеспечения марки ФемтоСкан-Онлайн измеряют горизонтальное смещение профилей относительно друг друга. При этом полагают, что измеряемое горизонтальное смещение соответствует 0,8 нм. Далее меняют калибровку шкалы микроскопа с учетом полученных данных в соответствии с инструкцией прибора. После этого сканирующий зондовый микроскоп прокалиброван эталоном в 0,8 нм по горизонтальной оси X.

После окончания калибровки на предметном столике прибора эталон поворачивают на 90 градусов от первоначального направления в горизонтальной плоскости и проводят дополнительную калибровку по оси Y, аналогичную той, которая описана выше. Таким образом получают шкалу сканирующего зондового микроскопа, прокалиброванную с точностью 0,8 нм по горизонтальным осям X и Y (по длине и ширине).

После окончания калибровки прибора по горизонтальным осям X и Y на предметном столике прибора эталон поворачивают на 90 градусов в вертикальной плоскости и помещают на другую опорную поверхность 7 элемента 4, перпендикулярную направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения. Зонд микроскопа приводят в контакт с рабочей поверхностью 6 элемента 5, перпендикулярной направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения. Включают генератор прямоугольного сигнала и подают на электроды 2 эталона электрическое напряжение амплитуды и частоты, аналогичные используемым выше в данном примере. Далее запускают измерение положения рабочей поверхности эталона в полуконтактном атомно-силовом режиме с частотой строчной развертки 2 герц. При этом записывают получающиеся результаты измерений в память прибора. Результаты измерений представляют собой перемещение рабочей поверхности эталона с постоянным перепадом по высоте. С помощью программного обеспечения марки ФемтоСкан-Онлайн измеряют перемещение рабочей поверхности 6 элемента 5 по вертикальной оси Z. При этом полагают, что измеряемое перемещение соответствует 0,8 нм. Далее меняют калибровку шкалы микроскопа по вертикальной оси Z с учетом полученных данных в соответствии с инструкцией прибора. Таким образом удается прокалибровать сканирующий зондовый микроскоп по всем трем координатным осям X, Y и Z.

После этого на рабочей горизонтальной поверхности 6 элемента 5 эталона с помощью клея закрепляют исследуемый образец, в качестве которого используют фрагменты молекул ДНК размером 777 пар нуклеотидов, иммобилизованных на слюде, и проводят измерение размеров исследуемого объекта с точностью 0,8 нм.

После того как измерения закончены, исследуемый образец убирают с поверхности эталона, после этого эталон можно использовать повторно при исследовании другого образца, а также многократно чистить от загрязнений, при этом метрологическая точность эталона не зависит от стирания, деградации и окисления рабочей поверхности эталона.

Пример 2

Опыт проводят аналогично примеру 1, однако используют эталон, схематически изображенный на Фиг.2. Данный эталон состоит из круглой пьезокерамической пластины, обозначенной цифрой 1, в виде цилиндрической таблетки, имеющей геометрические размеры: диаметр 5 мм, высота (для таблетки толщина) 1 мм, изготовленной из поляризованного в горизонтальном направлении (по толщине (ширине) пластины) пьезоэлектрического материала - пьезокерамики марки PZT-8 с величиной пьезомодуля d33=215 пикокулон/ньютон. У эталона к противоположным вертикальным сторонам пластины 1 прикреплено по никелевому электроду, обозначенному цифрой 2, каждый из которых соединен с помощью гибкого провода, обозначенного цифрой 3, с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, не показанным на Фиг.2. В качестве такого источника эталон содержит цифроаналоговый преобразователь марки AD766 с усилителем, на выходе которого формируется синусоидальный электрический сигнал с частотой 5 герц и размахом от нуля до 440 вольт. У эталона к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом с помощью фиксирующей мастики прикреплено по элементу, обозначенному цифрами 4 и 5. При этом у эталона пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при приложении к электродам электрического напряжения. У эталона каждый из элементов имеет по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности (рабочие, обозначенные цифрой 6, и опорные, обозначенные цифрой 7). При этом одна из рабочих поверхностей 6 элемента 5 перпендикулярна направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения, а другая рабочая поверхность 6 параллельна одной из опорных поверхностей 7 элемента 4.

При работе эталон помещают опорной стороной 7 элемента 4 эталона на предметный столик профилометра марки Alfa Step IQ. После этого на рабочей поверхности 6 элемента 5 эталона с помощью двухстороннего скотча закрепляют исследуемый образец, в качестве которого используют тестовую структуру марки TGXYZ02, традиционно используемую для калибровки сканирующих зондовых микроскопов и профилометров.

Зонд прибора приводят в контакт с поверхностью образца, включают цифроаналоговый преобразователь с усилителем и сформированный синусоидальный электрический сигнал подают на электроды эталона. При этом прикладываемое электрическое напряжение направлено по поляризации пьезокерамики. Далее проводят измерения вдоль одиночного профиля поверхности с частотой строчной развертки 10 Герц. При этом записывают получающиеся результаты измерений в память прибора. Результаты измерений представляют собой набор профилей поверхности, попарно смещенных относительно друг друга. С помощью программного обеспечения, прилагаемого к прибору, измеряют горизонтальное смещение профилей поверхности образца относительно друг друга. При этом полагают, что измеряемое горизонтальное смещение соответствует 94,6 нм. После этого профилометр прокалиброван эталоном в 94,6 нм по горизонтальной оси X и готов к работе.

После окончания калибровки по одной горизонтальной оси на предметном столике прибора эталон поворачивают на 90 градусов в плоскости исследуемого образца и проводят дополнительную калибровку, аналогичную той, которая описана выше в данном примере. Таким образом получают шкалу сканирующего зондового микроскопа, прокалиброванную с точностью 94,6 нм по горизонтальным осям X и Y (по длине и ширине).

После окончания калибровки по осям X и Y для калибровки прибора по вертикальной оси Z вместе с образцом образец переклеивают на другую рабочую поверхность 6 элемента 5 эталона. Затем на предметном столике прибора эталон поворачивают на 90 градусов в вертикальной плоскости и помещают на другую опорную поверхность 7 элемента 4, перпендикулярную направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения. Зонд прибора приводят в контакт с рабочей поверхностью 6 элемента 5, перпендикулярной направлению перемещения элемента 5 при подаче на электроды электрического напряжения. Включают генератор синусоидального сигнала и подают на электроды 2 эталона синусоидальный электрический сигнал с амплитудой от нуля до 0,47 вольт и частотой, аналогичной используемой выше в данном примере. Далее запускают измерение положения рабочей поверхности эталона с частотой строчной развертки 10 герц. При этом записывают получающиеся результаты измерений в память прибора. Результаты измерений представляют собой перемещение рабочей поверхности эталона с постоянным перепадом по высоте. С помощью программного обеспечения, прилагаемого к прибору, измеряют перемещение рабочей поверхности 6 элемента 5 по вертикальной оси Z. При этом полагают, что измеряемое перемещение соответствует 0,1 нм. Далее меняют калибровку шкалы прибора по вертикальной оси Z с учетом полученных данных в соответствии с инструкцией прибора. Таким образом удается прокалибровать сканирующий зондовый микроскоп по всем трем координатным осям X, Y и Z.

В данном опыте в отличие от примеров 1-3 калибровка профилометра была осуществлена параллельно с исследованием образца.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый эталон действительно позволяет осуществлять трехмерную калибровку зондовых микроскопов и профилометров и расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов.

Калибровочный эталон для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящий из пластины, выполненной из поляризованного пьезоэлектрического материала, к двум противоположным сторонам которой прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, отличающийся тем, что к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом прикреплено по элементу, причем пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, каждый из элементов имеет по крайней мере по две плоские перпендикулярные друг другу поверхности, одна из которых у каждого элемента перпендикулярна направлению перемещения одного из элементов при подаче на электроды электрического напряжения, а другая, перпендикулярная к предыдущей, у каждого из элементов параллельны между собой.



 

Похожие патенты:

Система оптического зонда имеет зонд с оптической направляющей (G) с дистальным концом. Оптическая направляющая (G) устанавливается в корпусе (H), так чтобы дистальный конец мог перемещаться относительно корпуса (H).

Изобретение относится к области прецизионной наноэлектроники. Способ контролируемого роста квантовых точек (КТ) из коллоидного золота в системе совмещенного АСМ/СТМ заключается в выращивании КТ при отрицательном приложенном напряжении между иглой кантилевера совмещенного АСМ/СТМ и проводящей подложкой, причем в процессе роста КТ периодически переключают полярность внешнего напряжения с отрицательной на положительную и фиксируют единичный пик на туннельной ВАХ при определенном значении приложенного напряжения из диапазона значений от 1 до 5 В.

Сканирующий зондовый микроскоп включает в себя первый и второй зонды для сканирования образца при поддержании расстояния до поверхности образца, кварцевые резонаторы, удерживающие каждый из первого и второго зондов, и модулирующий генератор для обеспечения вибрации определенной частоты первого зонда, которая отличается от резонансной частоты каждого кварцевого резонатора.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства и измерения новых изделий наноэлектроники. Нанотехнологический комплекс включает робот-раздатчик с возможностью осевого вращения, сопряженный с камерой загрузки образцов и модулем локального воздействия, а также измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп, аналитическую камеру, монохроматор и источник рентгена.

Изобретение относится к методам металлографического анализа образцов стали и определения трехмерной топографии поверхности и ее структуры при помощи сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ).

Изобретение относится к исследованиям материалов с помощью атомно-силового микроскопа и может быть использовано при исследовании различных материалов в деформированных состояниях.

Изобретение относится к области калибровки оптических цифровых и конфокальных микроскопов, растровых электронных микроскопов и сканирующих зондовых микроскопов при измерении микронных и нанометровых длин отрезков.

Система (29) обнаружения динамического зонда предназначена для использования со сканирующим зондовым микроскопом такого типа, который включает в себя зонд (18), который перемещается периодически к поверхности образца и от поверхности образца.
Изобретение относится к области медицины, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для определения простат-специфического антигена (ПСА) в жидкой среде.

Устройство предназначено для проведения зондовых измерений на объектах, имеющих сложную форму, например на трубах в нефтяной и атомной отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в сканирующий зондовый микроскоп для исследования крупногабаритных объектов, включающий измерительную головку с пьезосканером и зондом, сопряженными с блоком анализа и управления, модуль сближения, три опорные стойки, установленные на измерительной головке, и привод измерительной головки, включенный в модуль сближения, дополнительно введена платформа, на которой установлен двухкоординатный стол, сопряженный с корпусом, установленным на нем с возможностью вращения, на котором установлен модуль сближения, в котором закреплена измерительная головка с пьезосканером и зондом.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и профилометрии, и может быть использовано для калибровки профилометров и сканирующих зондовых микроскопов в плоскости. Изобретение позволяет осуществлять калибровку зондовых микроскопов и профилометров по одной либо нескольким горизонтальным осям, лежащим в плоскости исследуемого образца, и расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве калибровочного эталона для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов. Это достигается за счет того, что в калибровочном эталоне для профилометров и сканирующих зондовых микроскопов, состоящем из пластины, выполненной из поляризованного пьезоэлектрического материала, к двум противоположным сторонам которой прикреплено по электроду, соединенному с источником электрического напряжения постоянной амплитуды и полярности, к каждой стороне пластины с расположенным на ней электродом прикреплено по элементу, причем пластина и геометрические размеры элементов подобраны так, что обеспечивают перемещение одного из элементов при приложении к электродам электрического напряжения, каждый из элементов имеет, по крайней мере, по одной плоской поверхности, которые параллельны между собой и параллельны направлению перемещения одного из элементов при приложении к электродам электрического напряжения. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии. Микроскоп с устройством включает платформу (1), держатель образца (2) с образцом (3), установленные на сканирующем устройстве (4), сопряженном с платформой (1), блок сближения (5), систему регистрации (6), состоящую из источника излучения (7) и фотоприемника (8), многозондовый датчик контурного типа (9), содержащий основание (10) с гибкими консолями (15), остриями (16, 17) и первый установочный модуль (18), закрепленный посредством второго установочного модуля (19) на захвате (20), сопряженном с приводом вращения (21), соединенным с платформой (1), а также блок управления (30) и модуль ориентации по углу (25), сопряженный с захватом (20). Технический результат - повышение точности установки гибких консолей относительно системы регистрации, увеличение соотношения рабочий сигнал - шум, обеспечение возможности работы в условиях с повышенными вибрациями, акустическими и электрическими шумами, конвективным теплоомассообменом. 22 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сканирования поверхности объекта с помощью сканирующего зондового микроскопа, и может быть использовано для определения изменения рельефа, линейных размеров и физических характеристик поверхности объекта при пропускании электрического тока. Согласно способу сканирования перед установкой объекта на пьезосканере его поверхность предварительно разделяют, по меньшей мере, на две части, пропускают электрический ток, по меньшей мере, через одну часть поверхности, затем сканируют одновременно часть без пропускания электрического тока и часть с пропусканием электрического тока. Технический результат - повышение эффективности сканирования без использования специальных токопроводящих зондов. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой зонд на основе полевого транзистора с наноразмерным каналом и может быть использовано при определении физико-химических и электрических параметров наноразмерных объектов физической, химической и биологической природы. Зонд включает наноразмерный чувствительный элемент, размещенный на острие и образующий канал транзистора, электроды, размещенные по одну сторону от острия, связанные с чувствительным элементом и выполняющие функции стока и истока транзистора. Чувствительный элемент выполнен в тонкопленочной структуре кремний-на-изоляторе, образованной на подложке. Слой кремния имеет градиентно изменяющуюся концентрацию легирующей примеси и выполнен так, что со стороны свободной поверхности, по меньшей мере на половине толщины, обладает металлической, а на оставшейся толщине до слоя изолятора - полупроводниковой проводимостью. Электроды выполнены на упомянутой свободной поверхности, разделены зазором и имеют сужающуюся к острию площадь, а чувствительный элемент представляет собой размещенный между электродами фрагмент слоя кремния, имеющего полупроводниковую проводимость, образованный путем удаления части кремния, имеющего металлическую проводимость. Техническим результатом является улучшение пространственного разрешения зонда при сохранении чувствительности и упрощении технологии изготовления. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что кантилевер соединен с электропроводящей зондирующей иглой, вершина которой продета через сферу, выполненную из стекла со сквозными нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Сфера покрыта защитным полимерным слоем, прозрачным для длины внешнего электромагнитного источника излучения и длины волны, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением характеристик электрического сигнала на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки, что позволяет осуществить оптоэлектрические исследования наноразмерных структур материалов и биологических объектов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур. Сущность изобретения заключается в том, что кантилевер соединен с зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для длины внешнего электромагнитного источника излучения и длины волны со стоксовым сдвигом, генерируемой квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для исследования образцов, например биоматериалов и изделий медицинского назначения, методами сканирующей зондовой микроскопии, включая исследование внутренних пор зондом сканирующего зондового микроскопа (СЗМ). Для исследования трехмерных структур выполняют срез образца трехмерной структуры ножом и исследование срезанной поверхности зондом с чувствительным элементом СЗМ, после чего исследуют внутренние зоны трехмерной структуры. Затем, в соответствии с результатами этого исследования, осуществляют дополнительный срез трехмерной структуры и проводят дополнительное исследование поверхности трехмерной структуры и ее внутренних зон чувствительным элементом зонда СЗМ. Технический результат - повышение информативности исследования трехмерных структур. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлическому наконечнику для использования в сканирующем зондовом микроскопе, а также к способу его изготовления. Наконечник (1) имеет осевую протяженность (l), радиальную протяженность (d), заостренную часть (В), которая проходит в осевом направлении от части с максимальной осевой протяженностью (5) к атомарно острому концу (9), и тупую часть (А), которая проходит в осевом направлении от части с максимальной осевой протяженностью (5) к тупому концу (7). Осевая протяженность заостренной части (В) больше, чем у тупой части (А). Металлический наконечник (1) имеет массу 10 микрограмм или менее. Технический результат - повышение добротности зондового датчика. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области формирования в цифровом виде образного изображения поверхности нанообъекта в сканирующем туннельном микроскопе. Под образным изображением нанообъекта понимается его топография, отличающаяся от истинной, но сохраняющая отличительные признаки. Способ формирования образного изображения поверхности нанообъекта в сканирующем туннельном микроскопе заключается в том, что поверхность исследуемого вещества сканируют металлической иглой в режиме постоянного тока, для чего в каждой точке сканирования производят вертикальное перемещение иглы относительно исследуемой поверхности так, чтобы туннельный ток в каждой точке сканирования равнялся величине туннельного тока в первой точке сканирования. Данные о микроструктуре поверхности исследуемого вещества получают, регистрируя перемещение иглы. Из экспериментальной топографии поверхности с нанообъектами на подложке вычитают плоскость, параллельную поверхности подложки, которая выше исходных шероховатостей подложки, но ниже поперечного радиуса нанообъекта. Полученное изображение нанообъекта масштабируют путем умножения на коэффициент больше единицы. Технический результат - повышение избирательного разрешения и производительности метода сканирующей туннельной микроскопии нанообъектов, например, полимерных молекул, возможность использовать способ для определения их фрагментарной последовательности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для проведения измерений объектов при постоянном контроле внешних условий. Многофункциональный анализатор содержит установочную платформу, сопряженную с держателем объекта средствами соединения и включающую активный модуль с первым активным элементом, выполненным в виде сканирующего зондового микроскопа, и вторым активным элементом, в качестве которого используют датчик измерения уровня вибрации измеряемого объекта. Технический результат - обеспечение оптимальных условий финишных измерений. 4 ил.
Наверх