RU2152103C1 - Superhigh vacuum scanning sounding microscope - Google Patents
Superhigh vacuum scanning sounding microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152103C1 RU2152103C1 RU96122421/28A RU96122421A RU2152103C1 RU 2152103 C1 RU2152103 C1 RU 2152103C1 RU 96122421/28 A RU96122421/28 A RU 96122421/28A RU 96122421 A RU96122421 A RU 96122421A RU 2152103 C1 RU2152103 C1 RU 2152103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- plate
- catcher
- holder
- heater
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим наблюдение, измерение и модификацию поверхности объектов в туннельном режиме в условиях сверхвысокого вакуума и в широком диапазоне температур. The invention relates to nanotechnological equipment, and more particularly to devices for monitoring, measuring and modifying the surface of objects in a tunnel mode under ultrahigh vacuum and in a wide temperature range.
Известен сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп STM2000, содержащий фланец, платформу с амортизатором, привод с пьезосканером и держатель объекта [1]. Known ultrahigh-speed scanning tunneling microscope STM2000, containing a flange, a platform with a shock absorber, a drive with a piezoscanner and an object holder [1].
Недостатки указанного устройства заключаются в ограниченных возможностях демпфирования в связи с горизонтальным расположением платформы, сложностью механического привода и несимметричностью конструкции, приводящей к повышенным температурным дрейфам и снижению разрешающей способности. The disadvantages of this device are the limited damping capabilities due to the horizontal arrangement of the platform, the complexity of the mechanical drive and the asymmetry of the design, leading to increased temperature drifts and lower resolution.
Известен также сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп (ССЗМ), содержащий платформу с объектным блоком, состоящим из первого ловителя объекта, сопряженного с нагревателем и хладопроводом, плиту, на которой закреплены привод со сканером, магнитный держатель зонда с зондом и анализатор положения зонда, состоящий из лазера и фотоприемника, оптически сопряженных через зонд, соединенную с платформой посредством привода и систему подвеса, состоящую из элементов сжатия, сопряженную с платформой и установленную в вакуумной камере [2]. Also known is an ultrahigh-vacuum scanning probe microscope (SPSM) containing a platform with an object block consisting of a first object catcher coupled to a heater and a cold conduit, a plate on which a drive with a scanner is mounted, a magnetic probe holder with a probe and a probe position analyzer consisting of a laser and a photodetector optically coupled through a probe connected to the platform by means of a drive and a suspension system consisting of compression elements, coupled to the platform and installed in a vacuum chamber [2].
Недостатки указанного устройства заключаются в привязке платформы непосредственно к конкретной вакуумной камере, что сужает функциональные возможности устройства. Второй недостаток заключается в выполнении привода и сканера на одних и тех же пьезоэлементах с использованием клинового механизма, что может приводить к сдвигу зонда относительно объекта в процессе сканирования и подвода и снижать разрешающую способность устройства. Использование системы подвеса с элементами сжатия приводит к недостаточной виброизоляции и снижению разрешающей способности. Применение анализатора положения зонда с лазером и фотоприемником усложняет конструкцию, снижает надежность устройства, увеличивает привносимую дефектность и также снижает разрешающую способность. Использование магнитного держателя вносит в зону измерения магнитные поля, что ограничивает функциональные возможности устройства. The disadvantages of this device are the binding of the platform directly to a specific vacuum chamber, which narrows the functionality of the device. The second drawback is the implementation of the drive and scanner on the same piezoelectric elements using a wedge mechanism, which can lead to a shift of the probe relative to the object during scanning and supply and reduce the resolution of the device. The use of a suspension system with compression elements leads to insufficient vibration isolation and a decrease in resolution. The use of a probe position analyzer with a laser and a photodetector complicates the design, reduces the reliability of the device, increases the introduced defectiveness and also reduces the resolution. The use of a magnetic holder introduces magnetic fields into the measurement zone, which limits the functionality of the device.
Задачей является создание сверхвысоковакуумного сканирующего зондового микроскопа для работы в широком температурном диапазоне. The task is to create an ultrahigh-vacuum scanning probe microscope for operation in a wide temperature range.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и разрешающей способности устройства. The technical result of the invention is to expand the functionality, increase the reliability and resolution of the device.
Это достигается тем, что в сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп, содержащий платформу с объектным блоком, состоящим из первого ловителя объекта, сопряженного с нагревателем и хлодопроводом, плиту со сканером и держателем зонда, сопряженную с платформой посредством привода и систему подвеса, введен фланец, привод выполнен в виде трех четырехсекционных пьезотрубок, закрепленных на платформе и находящихся во взаимодействии посредством опор с направляющими, установленными на плите, и прижима, установленного на платформе с возможностью взаимодействия с плитой, сканер выполнен в виде пьезотрубки и содержит пружинный многоконтактный ловитель держателя зонда, система подвеса состоит из пружин растяжения, закрепленных на фланце с одной стороны и на плите - с другой, и магнитного гасителя, состоящего из набора магнитов, закрепленных на платформе, и медных пластин и набора магнитов, установленных неподвижно относительно фланца с возможностью магнитного взаимодействия с магнитами платформы, а объектный блок содержит направляющие с двумя подвижными пластинами, на одной из которых установлен первый ловитель, а на второй - второй ловитель, сопряженный с нагревателем. This is achieved by the fact that a flange is inserted into the ultrahigh-vacuum scanning probe microscope containing a platform with an object block consisting of a first object catcher paired with a heater and a cold line, a plate with a scanner and a probe holder, coupled to the platform with a drive and a suspension system, the drive is made in the form of three four-section piezotubes mounted on the platform and interacting with supports with guides mounted on the plate, and a clamp mounted on the platform with with the possibility of interaction with the plate, the scanner is made in the form of a piezotube and contains a spring multi-contact catcher of the probe holder, the suspension system consists of tension springs mounted on the flange on one side and on the plate on the other, and a magnetic absorber consisting of a set of magnets mounted on the platform , and copper plates and a set of magnets mounted motionless relative to the flange with the possibility of magnetic interaction with the magnets of the platform, and the object block contains guides with two movable plates, n and one of which has a first catcher, and a second one has a second catcher coupled with a heater.
На фиг.1 изображен ССЗМ, вид сбоку. Figure 1 shows a GCC, side view.
На фиг.2 - ССЗМ, вид сверху. Figure 2 - SPSM, top view.
На фиг.3 и 4 - прижимы механические (варианты). Figure 3 and 4 - mechanical clamps (options).
На фиг.5 и 6 - прижимы магнитные (варианты)
На фиг.7 - пружинный многоконтактный ловитель.Figure 5 and 6 - magnetic clamps (options)
In Fig.7 - spring multi-contact catcher.
На фиг.8 - первый вариант установки манипулятора. On Fig - the first installation option of the manipulator.
На фиг.9 - второй вариант установки манипулятора. In Fig.9 is a second installation option of the manipulator.
На фиг. 10 и 11 - варианты выполнения направляющих. In FIG. 10 and 11 are embodiments of the guides.
На фиг. 12 - блок схема СЗМ. In FIG. 12 is a block diagram of the SPM.
Сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп (фиг.1) содержит фланец 1, на котором закреплены пружины 2, на которых в свою очередь установлена платформа 3. На платформе 3 посредством фланцев 4 закреплены три четырехсекционные пьезотрубки 5 с опорами 6 (привод), находящимися во взаимодействии с направляющими 7, закрепленными на плите 8. На платформе 3 закреплен прижим 9 (см. ниже), расположенный с возможностью взаимодействия с плитой 8. На плите 8 закреплен кронштейн 10 с пьезосканером 11 и ловителем 12 (см. ниже) держателя 13 зонда 14. На кронштейне 10 и платформе 3 закреплены планки 15 и 16 с контактами 17 соответственно. Проводники 18 соединяют пьезосканер 11 и ловитель 12 с планкой 15, а проводники 19 - планку 15 с планкой 16. На платформе 3 закреплена также планка 20 с контактами 21, соединенными проводниками 22 с пьезотрубками 5. На платформе 3 закреплен экран 23, выполненный, например, из танталовой фольги. На платформе 3 закреплен также пружинный контакт 24, расположенный с возможностью взаимодействия с объектом. На платформе 3 установлены на кварцевых или сапфировых направляющих 25 пластины 26 и 27 (фиг.2). На пластине 26 закреплен тепловой изолятор 28, выполненный, например, из тонкой нержавеющей трубки, с ловителем 29 держателя 30 объекта 31. Для увеличения усилия прижатия держателя 30 ловитель 29 может содержать поджимные пружины или поджимной винт (не показан). Ловитель 29 может также содержать нагреватель (не показан), аналогичный нагревателю прототипа, или нагреватель в виде спирали [3]. Ловитель 29 подсоединен через хладопровод 32 к промежуточной массе 33, подвешенной на пружине 34, которая в свою очередь может быть подсоединена к емкости с хладогентом (не показана). При необходимости к емкости с хладогентом посредством хладопроводов могут быть подсоединены экран 23, тепловой изолятор 28 и платформа 3. На пластине 27 (фиг.2), выполненной, например, из кварца или сапфира, установлен ловитель 35 держателя 36 объекта 37, а также второй нагреватель 38, закрепленный контактами 39 на пластине 27. The ultrahigh-vacuum scanning probe microscope (Fig. 1) contains a
Следует заметить, что пластина 27 с расположенными на ней элементами не обязательно должна постоянно располагаться на направляющих 25, как и пластина 26. Для проведения различных экспериментов термопары 40 и 41 могут быть закреплены на пьезосканере 11 и ловителе 29. Термопары могут быть также установлены на экране 23, пьезотрубках 5, платформе 3, пластинах 26, 27 и т. д. (не показаны). It should be noted that the
На платформе 3 установлены кассета 42 с держателями 13 зондов 14 и кассета 43 с держателями 30 объектов 31. A
На фиг.1 и фиг.2 с целью упрощения изображения способы крепления различных деталей друг к другу не показаны. Это могут быть соединения с использованием винтов с отверстиями, гаек, вакуумных паек и сварок и т.п. На фиг.2 также с целью упрощения изображения планки 16, 20 и контакт 24 не показаны. In figure 1 and figure 2, in order to simplify the image, methods for attaching various parts to each other are not shown. It can be connections using screws with holes, nuts, vacuum brazing and welding, etc. 2 also with the aim of simplifying the image of the straps 16, 20 and contact 24 are not shown.
Прижим 9 может быть механическим в виде откидывающихся зацепа 44 или пружины 45 (фиг.3, фиг.4). Прижим 9 может также быть магнитным с неподвижным 46 или подвижным 47 магнитами (фиг.5, фиг.6), находящимися во взаимодействии с магнитной плитой 8 или магнитной вставкой (не показана). Магнит может перемещаться также с помощью широкодиапазонного пьезопривода [4]. Пружинный многоконтактный ловитель 12 (фиг.7) может содержать пружинные контакты 48, закрепленные в изоляторах 49. Число этих контактов должно быть необходимым для обеспечения токоподвода к зонду, например в случае использования пьезоэлектрического кантилевера [5] их может быть четыре и более. The
Манипулятор 50 [5] может быть закреплен на фланце 1 (фиг.8) с возможностью взаимодействия с поворотной планкой 51, установленной на платформе 3, держателями 13 и 30, кассетами 42 и 43, пластинами 26 и 27, прижимом 9 (зацепом 44, пружиной 45 или магнитом 47) и плитой 8. На фланце 1 может быть установлен зацеп 52 с возможностью взаимодействия с планкой 51 (фиксатор) и упоры 53 (два другие не показаны) с возможностью взаимодействия с платформой 3. Магнитный гаситель состоит из магнитов 54, закрепленных на платформе 3, и медных пластин 55 и магнитов 56, закрепленных неподвижно относительно фланца 1. Магнитные гасители располагаются симметрично по периметру платформы 3 (не показаны). Следует заметить, что манипулятор 50 (фиг.9), фиксатор, выполненный в виде винта 57, упоров 58 и опор 59, медные пластины 55 и магниты 54, 56 могут быть закреплены на технологической вакуумной камере 60, которая не представляет предмета изобретения и подробнее не показана. Выполнение подобной камеры описано в [1], [2]. The manipulator 50 [5] can be mounted on the flange 1 (Fig. 8) with the possibility of interaction with the
Упоры 58 и опоры 59 могут располагаться под углом 120o друг к другу. Магнитные гасители располагаются симметрично по периметру платформы 3. Манипулятор 50 может быть снабжен вилкой, как показано на фиг.8, фиг.9, отверткой, зацепом и т.п. (не показаны).The
Направляющие 7 могут быть выполнены в виде трех плоских пластин 61 (фиг. 10) либо в виде двух V-образных пластин 62 (фиг.11) и одной плоской пластины 63. Пьезосканер 11 (фиг.2), ловитель 12, пьезотрубки 5, объекты 31 и 37, широкодиапазонный пьезопривод подключены к блоку управления 64, который не является предметом изобретения и более подробно не показан. Выполнение подобных блоков описано в [7], [8]. Некоторые отличия блоков управления, заключающиеся в необходимости питания различных устройств, например нагревателя, дополнительных секций пьезотрубок или пьезобиморфов и термопар, состоят в снабжении их дополнительными ключами и компараторами. Дополнительные исполнительные или контрольные устройства могут также иметь свои блоки управления. Объект 31 может быть электрически изолирован от держателя 30, например, сапфировой прокладкой (не показана). The guides 7 can be made in the form of three flat plates 61 (Fig. 10) or in the form of two V-shaped plates 62 (Fig. 11) and one
Устройство работает следующим образом. Фланец 1 вакуумно плотно закрепляют на технологической вакуумной камере 60, производят ее откачку и обезгаживание. После необходимой пользователю технологической обработки объектов 31 или 37, которая может происходить не обязательно в камере 60, их устанавливают в ловитель 29 или 35 (платформа при этом сориентирована относительно манипулятора 50). После этого осуществляют подвод зонда 14 к объекту 31 или 37 и сканирование его поверхности. Манипулятор 50 позволяет перемещать пластины 26 и 27 по направляющим 25, проводить фиксацию плиты 8 и замену объектов и зондов. Кассеты 42 и 43 могут быть использованы для промежуточного хранения объектов и зондов. The device operates as follows. The
Возможен также режим работы, когда при низкотемпературных измерениях пластина с держателем 36 отсутствует в камере 60, либо при высокотемпературных отсутствует пластина 26 с ловителем 29. Замену пластин осуществляют при этом после развакуумирования. Регулировка температуры низкотемпературного режима может осуществляться посредством нагревания ловителя 29. An operating mode is also possible when, at low temperature measurements, the plate with the
Таким образом, модульное выполнение СЗМ расширяет его функциональные возможности. Выполнение привода в виде трех четырехсекционных пьезотрубок расширяет функциональные возможности, повышает надежность и разрешение. Применение системы подвеса с магнитным гасителем улучшают виброизоляцию и разрешающую способность. Использование многоконтактного пружинного ловителя и двухкомпонентного объектного блока расширяет функциональные возможности микроскопа. Thus, the modular implementation of the SPM extends its functionality. The implementation of the drive in the form of three four-section piezotubes expands the functionality, increases reliability and resolution. The use of a suspension system with a magnetic damper improves vibration isolation and resolution. The use of a multi-contact spring catcher and a two-component object block expands the functionality of the microscope.
Литература. Literature.
1. STM2000, Scanning tunnelling for atomic resolution surface studies, VG Microtech. tel. (0825) 761077, telex 957603, fax (0825) 768343. 1. STM2000, Scanning tunneling for atomic resolution surface studies, VG Microtech. tel. (0825) 761077, telex 957603, fax (0825) 768343.
2. Q. Dai et. al. A variable temperature ultrahigh vacuum atomic force microscope. Rev. Sci. Imstrum. 66 (II), November 1995, p.5266-5271 (прототип). 2. Q. Dai et. al. A variable temperature ultrahigh vacuum atomic force microscope. Rev. Sci. Imstrum 66 (II), November 1995, p. 5266-5271 (prototype).
3. Variable Temperature UHV STM 50K to 1100K. OMIKRON. Instruments for Surface Sciense, tel. (412) 831-2262, fax (412) 831-9828. 3. Variable Temperature UHV STM 50K to 1100K. OMIKRON. Instruments for Surface Sciense, tel. (412) 831-2262, fax (412) 831-9828.
4. Авторское свидетельство СССР 1550457, МКИ G 02 B 26/04, 1990 r. 4. Copyright certificate of the USSR 1550457, MKI G 02
5. S.C. Minne et. al. Parallel atomic force microscopy using cantilevers with integrated piezoresistive sensors and integrated piezoelectronic actuators. Appl. Phys. Zett. 67 (26), 25 December, 1995, P.3918-3920. 5. S.C. Minne et. al. Parallel atomic force microscopy using cantilevers with integrated piezoresistive sensors and integrated piezoelectronic actuators. Appl. Phys. Zett. 67 (26), 25 December, 1995, P.3918-3920.
6. MMIOO - the universal tools for your UHV-sustem, Terrotec, tel. 4116336519, fax 4116331096. 6. MMIOO - the universal tools for your UHV-sustem, Terrotec, tel. 4116336519, fax 4116331096.
7. Y.Kuk et.al. Scanning tunneling microscope instrumentation. Rev. Sci. lustrum. 60 (1989). N .20, p. 165-180. 7. Y. Kuk et.al. Scanning tunneling microscope instrumentation. Rev. Sci. lustrum. 60 (1989). N .20, p. 165-180.
8. W. Gary et.al. The use of a linear piezoelectric actuator for coarce motion in a vacuum conpatible scanning tunneling microscope. J.Vac. Sci, Technol. A 7(4). Jul./Aug. 1989, p.2895- 2897. 8. W. Gary et.al. The use of a linear piezoelectric actuator for coarce motion in a vacuum conpatible scanning tunneling microscope. J.Vac. Sci, Technol. A 7 (4). Jul./Aug. 1989, p. 2895-2897.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96122421/28A RU2152103C1 (en) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Superhigh vacuum scanning sounding microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96122421/28A RU2152103C1 (en) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Superhigh vacuum scanning sounding microscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96122421A RU96122421A (en) | 1999-01-20 |
RU2152103C1 true RU2152103C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20187530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96122421/28A RU2152103C1 (en) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | Superhigh vacuum scanning sounding microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2152103C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587984C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-06-27 | Ивентьева Ольга Олеговна | Method for attaching piezoelectric element in inertial piezoelectric motor and inertial piezoelectric motor |
RU2635341C2 (en) * | 2016-03-23 | 2017-11-16 | Владимир Михайлович Нелюбов | Inertia piezoelectric motor with composite support |
-
1996
- 1996-11-22 RU RU96122421/28A patent/RU2152103C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Rev. Sei. Instrum 66(II), November 1995. p.5266 - 5271. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587984C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-06-27 | Ивентьева Ольга Олеговна | Method for attaching piezoelectric element in inertial piezoelectric motor and inertial piezoelectric motor |
RU2635341C2 (en) * | 2016-03-23 | 2017-11-16 | Владимир Михайлович Нелюбов | Inertia piezoelectric motor with composite support |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8307665B2 (en) | Sample cooling apparatus | |
US5986270A (en) | Particle-optical apparatus including a low-temperature specimen holder | |
JP5608094B2 (en) | Microscope specimen mount | |
EP0421355B1 (en) | Scanning tunneling microscope | |
US7414250B1 (en) | Cryogenic variable temperature vacuum scanning tunneling microscope | |
Bott et al. | Design principles of a variable temperature scanning tunneling microscope | |
US5089708A (en) | Vacuum system comprising an evacuatable housing, an object holder and an object carrier which is detachably coupled thereto | |
KR101374276B1 (en) | Apparatus for test specimen's tensile and fatigue testing in-situ within sem | |
US4841148A (en) | Variable temperature scanning tunneling microscope | |
JP2007298506A (en) | Sample cooling apparatus | |
RU2152103C1 (en) | Superhigh vacuum scanning sounding microscope | |
Ma et al. | Upgrade of a commercial four-probe scanning tunneling microscopy system | |
US5635836A (en) | Mechanical apparatus with rod, pivot, and translation means for positioning a sample for use with a scanning microscope | |
US20170168089A1 (en) | Modular Atomic Force Microscope with Environmental Controls | |
Schulz et al. | Beetle‐like scanning tunneling microscope for ultrahigh vacuum and low‐temperature applications | |
Olsson et al. | Ultrahigh vacuum scanning force/scanning tunneling microscope: Application to high‐resolution imaging of Si (111) 7× 7 | |
Oulevey et al. | Simple low-drift heating stage for scanning probe microscopes | |
Radenović et al. | A low-temperature ultrahigh vacuum atomic force microscope for biological applications | |
Leifeld et al. | A UHV STM for in situ characterization of MBE/CVD growth on 4-inch wafers. | |
RU2161343C2 (en) | Superhigh-vacuum scanning sounding microscope | |
Thibado et al. | Scanning tunneling microscope combined with scanning electron microscope for the study of grain boundaries | |
Harrell et al. | An ultrahigh vacuum cryogenic scanning tunneling microscope with tip and sample exchange | |
von Allwörden et al. | Set-up of a high-resolution 300 mK atomic force microscope in an ultra-high vacuum compatible 3He/10 T cryostat | |
Lakhani et al. | Design and operation of a versatile, ultrahigh vacuum, low temperature scanning probe microscope | |
Wang et al. | A modular designed ultra-high-vacuum spin-polarized scanning tunneling microscope with controllable magnetic fields for investigating epitaxial thin films |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041123 |