RU2169440C2 - Heating device for scanning sonde microscopes - Google Patents
Heating device for scanning sonde microscopes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169440C2 RU2169440C2 RU99109201/28A RU99109201A RU2169440C2 RU 2169440 C2 RU2169440 C2 RU 2169440C2 RU 99109201/28 A RU99109201/28 A RU 99109201/28A RU 99109201 A RU99109201 A RU 99109201A RU 2169440 C2 RU2169440 C2 RU 2169440C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carrier
- object carrier
- heating element
- manipulator
- temperature meter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/08—Means for establishing or regulating a desired environmental condition within a sample chamber
- G01Q30/10—Thermal environment
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим очистку поверхности зондов и образцов перед измерением и другими технологическими операциями. The invention relates to nanotechnological equipment, and more particularly to devices for cleaning the surface of probes and samples before measurement and other technological operations.
Известно устройство подготовки поверхности, содержащее держатель образца, захват, два нагревателя, расположенных с разных сторон образца, и термопарный измеритель температуры, расположенный со стороны нерабочей поверхности образца [1]. A device for surface preparation is known, comprising a sample holder, a gripper, two heaters located on different sides of the sample, and a thermocouple temperature meter located on the side of the non-working surface of the sample [1].
Основной недостаток устройства заключается в расположении измерителя температуры со стороны нерабочей поверхности образца, что снижает точность измерения. The main disadvantage of the device is the location of the temperature meter on the side of the non-working surface of the sample, which reduces the accuracy of the measurement.
Известно также устройство нагрева для сверхвысоковакуумных зондовых микроскопов, содержащее манипулятор с нагревательным элементом, захватом и термопарой, на котором установлен носитель образцов (объектов) [2]. Also known is a heating device for ultrahigh-vacuum probe microscopes, containing a manipulator with a heating element, a grip and a thermocouple on which a carrier of samples (objects) is mounted [2].
Недостатки указанного устройства заключаются в сложности конструкции, связанной с тем, что манипулятор объединен с нагревателем в единый узел, что снижает надежность устройства и его функциональные возможности из-за невозможности регулировки расстояния нагревательный элемент - образец. Второй недостаток заключается в невозможности непосредственного измерения контактным способом (термопарой) рабочей зоны образцов и в отсутствии бесконтактного датчика, что снимает точность измерения температуры рабочей зоны. Третий недостаток связан с недостаточной теплоразвязкой конструкции, что увеличивает теплогазовыделение, термодрейфы и точность измерения. The disadvantages of this device are the complexity of the design, due to the fact that the manipulator is combined with the heater in a single unit, which reduces the reliability of the device and its functionality due to the inability to adjust the distance of the heating element - the sample. The second disadvantage is the impossibility of directly measuring the working area of the samples in a contact way (thermocouple) and in the absence of a proximity sensor, which removes the accuracy of measuring the temperature of the working area. The third disadvantage is associated with insufficient heat isolation of the structure, which increases heat and gas emission, thermal drifts and measurement accuracy.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, упрощении конструкции, повышении надежности и точности измерения. The technical result of the invention is to expand the functionality, simplify the design, increase the reliability and accuracy of measurement.
Это достигается тем, что в устройстве нагрева, содержащем манипулятор с захватом, нагревательный элемент и измеритель температуры, сопряженный с носителем объекта, захват манипулятора выполнен с возможностью механического размыкания с носителем объекта, нагревательный элемент установлен с возможностью подвижки относительно носителя объекта и измерителя температуры, носитель объекта выполнен в виде U-образного несимметричного термокомпенсатора с прижимом с минимальной теплопроводностью, измеритель температуры установлен с противоположной стороны носителя объекта относительно нагревательного элемента. This is achieved by the fact that in a heating device comprising a gripper with a gripper, a heating element and a temperature meter coupled to the carrier of the object, the gripper of the manipulator is capable of mechanical opening with the carrier of the object, the heating element is mounted with the possibility of movement relative to the carrier of the object and the temperature meter, the carrier The object is made in the form of a U-shaped asymmetric thermal compensator with a clamp with minimal thermal conductivity, the temperature meter is installed with olozhnoy object-side medium with respect to the heating element.
При этом измеритель температуры выполнен в виде термопары, установленной на манипуляторе с возможностью упругого взаимодействия с носителем объекта, а прижим носителя объекта выполнен в виде направляющей, расположенной с возможностью взаимодействия с термопарой, либо измеритель температуры выполнен в виде пирометра. In this case, the temperature meter is made in the form of a thermocouple mounted on the manipulator with the possibility of elastic interaction with the carrier of the object, and the clamp of the carrier of the object is made in the form of a guide arranged to interact with the thermocouple, or the temperature meter is made in the form of a pyrometer.
На чертеже изображено устройство нагрева с объектом. The drawing shows a heating device with an object.
Устройство нагрева содержит нагревательный элемент 1, установленный в корпусе 2, над которым посредством заземленного манипулятора 3 с захватами 4 расположен носитель 5 образцов (объектов) 6 с направляющей (прижимом) 7. Носитель 5 имеет отверстия 8 для взаимодействия с захватами 4, расположенные по внешней части 9 U-образного термокомпенсатора, и отверстие 10 для обеспечения лучшего нагрева образца 6. Термопара 11 соединена с манипулятором 3 посредством изоляторов 12 и поджата плоской пружиной 13. The heating device comprises a heating element 1 installed in the housing 2, above which, through a grounded manipulator 3 with grippers 4, a carrier 5 of samples (objects) 6 with a guide (clamp) 7 is located. The carrier 5 has openings 8 for interacting with the grippers 4 located on the outside part 9 of the U-shaped temperature compensator, and the hole 10 to provide better heating of the sample 6. The thermocouple 11 is connected to the manipulator 3 by means of insulators 12 and is preloaded by a flat spring 13.
Нагревательный элемент 1 может быть закреплен в теплоотводах 14, установленных через изоляторы 15 в кронштейне 16, который в свою очередь закреплен с возможностью подвижки на камере 17 с разделительным окном 18 и пирометром 19 (например, ОППИР - 0.17). На носителе 5 могут быть закреплены опоры 20, а в корпусе 2 установлен отражающий экран 21. The heating element 1 can be fixed in heat sinks 14 installed through insulators 15 in the bracket 16, which in turn is mounted with the possibility of movement on the chamber 17 with a dividing window 18 and a pyrometer 19 (for example, OPPIR - 0.17). Supports 20 can be fixed on the carrier 5, and a reflecting screen 21 is installed in the housing 2.
Термопара 11 и нагревательный элемент 1 подключены к блоку управления 22. The thermocouple 11 and the heating element 1 are connected to the control unit 22.
Пирометр 19 может быть, как закреплен на камере 17, так и установлен рядом на независимой подставке. Необходимым является оптическая сопряженность нагреваемой спирали пирометра 19 с нагреваемой поверхностью образца. Оценку температуры образца проводит оператор, визуально сравнивая яркость образца с яркостью спирали пирометра. Погрешность оценки в зависимости от квалификации оператора может составлять 5-10oC.The pyrometer 19 can be either fixed to the camera 17, or mounted side by side on an independent stand. The necessary is the optical conjugation of the heated spiral of the pyrometer 19 with the heated surface of the sample. The operator estimates the temperature of the sample by visually comparing the brightness of the sample with the brightness of the pyrometer spiral. The estimation error, depending on the skill of the operator, can be 5-10 o C.
В качестве нагревателя может быть использована очищенная вольфрамовая проволока, либо спираль, целиком заимствованная, например, из лампы КГМ-12-100. Корпус 2 может быть выполнен в зависимости от степени нагрева из вакуумной керамики "Алунд", молибдена, кварца и т.п. Манипулятор 3 должен иметь X, Y, Z перемещение для возможности размещения носителя 5 над корпусом 2, как на чертеже, и на корпусе 2. В этом случае для уменьшения теплоотвода захваты 4 можно бесконтактно расположить в отверстиях 8. Захваты 4 могут быть выполнены в виде двух штырей, как на чертеже, двух подпружиненных штырей, одного подпружиненного штыря, в виде разжимающихся захватов и т.п. (не показано). As a heater, a purified tungsten wire or a spiral entirely borrowed, for example, from a KGM-12-100 lamp, can be used. The housing 2 can be made depending on the degree of heating of vacuum ceramics "Alund", molybdenum, quartz, etc. The manipulator 3 must have X, Y, Z movement for the possibility of placing the carrier 5 over the housing 2, as in the drawing, and on the housing 2. In this case, to reduce the heat sink, the grippers 4 can be contactlessly located in the holes 8. The grips 4 can be made in the form two pins, as in the drawing, two spring-loaded pins, one spring-loaded pin, in the form of expandable grips, etc. (not shown).
Направляющую 7 целесообразно изготавливать, например, из плоской танталовой пружины, а устанавливать необходимо нижним концом ниже свободного положения термопары, при этом площадь контакта с носителем 5 и образцом 6 должна быть минимальной, например, в виде точечных контактов. Термопару 11 целесообразно применять вольфрам - рениевую и подпружинивать одной или двумя плоскими танталовыми пружинами 13. Изоляторы 12 и 15 можно делать из вакуумной керамики и соединять (изоляторы 12) молибденовыми винтами с помощью накладки (не показаны). Теплоотводы 14 могут быть изготовлены из вакуумной меди. Кронштейн 16 может быть манипулятором с подвижками X, Y, Z, Q (показаны условно), установленным как манипулятор 3 на камере 17. Подробно сверхвысоковакуумные манипуляторы описаны в [2]. В качестве термопарного блока в простейшем случае можно использовать тестер, а нагревательного ЛИПС 11-80. В качестве блока, создающего смещение между образцом и нагревательным элементом, может быть использован блок БП-0,25 высокого напряжения, подключенный к нагревательному элементу. Блок управления 22 не представляет предмета изобретения, и подробнее не описан. The guide 7 is expediently made, for example, from a flat tantalum spring, and it is necessary to install the lower end below the free position of the thermocouple, while the contact area with the carrier 5 and sample 6 should be minimal, for example, in the form of point contacts. It is advisable to use a tungsten-rhenium thermocouple 11 and spring it with one or two flat tantalum springs 13. Insulators 12 and 15 can be made of vacuum ceramics and connect (insulators 12) with molybdenum screws using an overlay (not shown). The heat sinks 14 may be made of vacuum copper. The bracket 16 can be a manipulator with shifts X, Y, Z, Q (shown conditionally) mounted as a manipulator 3 on the chamber 17. Ultrahigh-vacuum manipulators are described in detail in [2]. In the simplest case, you can use a tester as a thermocouple unit, and a heating LIPS 11-80. As a block creating an offset between the sample and the heating element, a BP-0.25 high voltage unit connected to the heating element can be used. The control unit 22 does not represent the subject matter of the invention, and is not described in more detail.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Вводят захваты 4 в отверстия 8 носителя 5 (носитель 5 в момент захвата может быть расположен на другом манипуляторе см. [3] и т.п.). В начале ввода термопара 11 касается направляющей 7, поднимается вверх и соскальзывает на объект 6. После этого проводят нагрев объекта и измерение его температуры. При нагреве электронным ударом захваты 4 должны иметь электрический контакт с носителем 5. Captures 4 are introduced into the openings 8 of carrier 5 (carrier 5 at the moment of capture can be located on another manipulator, see [3], etc.). At the beginning of the input, the thermocouple 11 touches the guide 7, rises up and slides onto the object 6. After that, the object is heated and its temperature is measured. When heated by electron impact, the grips 4 should have electrical contact with the carrier 5.
Данное устройство нагрева может быть также использовано для очистки зондов перед измерением. В простейшем случае зонд подносят к нагревателю и греют для очистки его поверхности без измерения температуры. This heating device can also be used to clean probes before measurement. In the simplest case, the probe is brought to the heater and heated to clean its surface without measuring the temperature.
Разделение нагревательного элемента 1 и манипулятора 3 позволяет регулировать расстояние между нагревательным элементом и образцом, проводить нагрев разнородных элементов, например, зондов и образцов, что расширяет функциональные возможности и упрощает конструкцию. Упрощение конструкции, в свою очередь, повышает надежность устройства. Регулировка расстояния между нагревательным элементом и образцом позволяет также регулировать равномерность нагрева образца, что соответственно повышает точность измерения в пределах более равномерного нагретого измеряемого участка. The separation of the heating element 1 and the manipulator 3 allows you to adjust the distance between the heating element and the sample, to conduct heating of dissimilar elements, for example, probes and samples, which expands the functionality and simplifies the design. Simplification of the design, in turn, increases the reliability of the device. Adjusting the distance between the heating element and the sample also allows you to adjust the uniformity of heating of the sample, which accordingly increases the accuracy of the measurement within a more uniform heated measured area.
Вместе с этим, данная конфигурация позволяет размыкать захват манипулятора с носителем 5 объектов 6, создавая разность потенциалов между нагревательным элементом 2 и объектом 6, проводить нагрев электронным ударом, что позволяет снизить мощность нагревателя, при той же температуре образца, что повышает надежность устройства. При этом также расширяются функциональные возможности, благодаря расширению номенклатуры измеряемых материалов. Кроме этого, электронный нагрев, благодаря возможности регулировки диаметра электронного пучка, позволяет более равномерно нагревать измеряемый участок. Что соответственно повышает точность измерения температуры рабочего участка. At the same time, this configuration allows you to open the grip of the manipulator with the carrier 5 of objects 6, creating a potential difference between the heating element 2 and object 6, to conduct heating by electronic shock, which reduces the heater power at the same temperature of the sample, which increases the reliability of the device. At the same time, the functionality is also expanded due to the expansion of the range of measured materials. In addition, electronic heating, due to the possibility of adjusting the diameter of the electron beam, allows more uniform heating of the measured area. Which accordingly increases the accuracy of measuring the temperature of the working area.
Зонд также может быть выполнен с размерами образца и аналогично закреплен на носителе 5 с возможностью измерения температуры. При необходимости более подробно ознакомиться с зондовой микроскопией можно, например, в [4]. The probe can also be made with the dimensions of the sample and similarly mounted on the carrier 5 with the possibility of measuring temperature. If necessary, probe probe microscopy can be examined in more detail, for example, in [4].
Подвижка нагревательного элемента 1 относительно объекта 6 позволяет выбирать на объекте зону нагрева и зону измерения и расширяет функциональные возможности, подвижка относительно пирометра 19 позволяет оптимизировать световой поток и повышать точностью надежность измерений. The movement of the heating element 1 relative to the object 6 allows you to select the heating zone and the measurement zone on the object and expands the functionality, the movement relative to the pyrometer 19 allows you to optimize the light flux and improve the accuracy of the measurement reliability.
Использование U-образного несимметричного термокомпенсатора позволяет уменьшить тепловые дрейфы, что особенно важно при последующих измерениях объекта. Это повышает надежность работы и точность последующего измерения. Вместе с этим U-образный несимметричный термокомпенсатор с минимальной теплопроводностью позволяет более широко использовать материалы с различной теплопроводностью, что расширяет функциональные возможности прибора. Несимметрия термокомпенсатора необходима, т. к. внутренняя часть носителя нагревается сильнее и, соответственно, должна быть короче. The use of a U-shaped asymmetric thermal compensator can reduce thermal drifts, which is especially important for subsequent measurements of the object. This increases the reliability and accuracy of the subsequent measurement. At the same time, a U-shaped asymmetric thermal compensator with minimal thermal conductivity allows more widely used materials with different thermal conductivity, which extends the functionality of the device. The asymmetry of the temperature compensator is necessary, since the inside of the carrier heats up more strongly and, accordingly, should be shorter.
Расположение измерителя температуры с противоположной стороны от нагревателя позволяет измерять истинную температуру и соответственно повышает точность измерения. Уменьшение деформации измерителя (за счет уменьшения нагрева) повышает надежность измерения. Вместе с этим данное расположение измерителя позволяет использовать материалы с меньшей теплопроводностью, что расширяет функциональные возможности. The location of the temperature meter on the opposite side of the heater allows you to measure the true temperature and, accordingly, increases the accuracy of the measurement. Reducing the deformation of the meter (by reducing heat) increases the reliability of the measurement. Along with this, this arrangement of the meter allows the use of materials with lower thermal conductivity, which expands the functionality.
Выполнение измерителя температуры в виде термопары, установленной на манипуляторе с возможностью взаимодействия с носителем объекта, а прижима в виде направляющей, расположенной с возможностью взаимодействия с термопарой позволяет проводить строго локальные измерения температуры, что повышает достоверность результата и точность измерения. Применение направляющей повышает надежность установки термопары и расширяет функциональные возможности благодаря использованию образцов с различным коэффициентом трения. The implementation of the temperature meter in the form of a thermocouple mounted on the manipulator with the ability to interact with the carrier of the object, and the clamp in the form of a guide located with the ability to interact with the thermocouple allows for strictly local temperature measurements, which increases the reliability of the result and the accuracy of the measurement. The use of the guide increases the reliability of the thermocouple installation and expands the functionality due to the use of samples with different friction coefficients.
Использование пирометра позволяет повысить точность измерения, а также использовать объекты с высокой шероховатостью, что затруднительно для использования термопары, то есть, расширяет функциональные возможности. Using a pyrometer can improve the accuracy of measurements, as well as use objects with high roughness, which is difficult to use a thermocouple, that is, it expands the functionality.
ЛИТЕРАТУРА
1. С.М. Файнштейн "Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов". Энергия, М, 1970, с.93.LITERATURE
1. S.M. Feinstein "Processing and surface protection of semiconductor devices". Energy, M, 1970, p. 93.
2. Cubum - MDS Catalogue 1997/1998, UHV manipulator accessories, section 8.4, page 391. 2. Cubum - MDS Catalog 1997/1998, UHV manipulator accessories, section 8.4, page 391.
3. Information of Omicron "UHV scanning tunneling microscope", p. 1,2. 3. Information of Omicron "UHV scanning tunneling microscope", p. 1,2.
4. Q.Dai et. al. A variable temperature ultra - high vacuum atomic force microscope. Rev. Sci. Instrum. 66(11), November 1995. p.5266 - 5271. 4. Q.Dai et. al. A variable temperature ultra - high vacuum atomic force microscope. Rev. Sci. Instrum. 66 (11), November 1995. P. 5266 - 5271.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109201/28A RU2169440C2 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Heating device for scanning sonde microscopes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109201/28A RU2169440C2 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Heating device for scanning sonde microscopes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99109201A RU99109201A (en) | 2001-01-27 |
| RU2169440C2 true RU2169440C2 (en) | 2001-06-20 |
Family
ID=20219316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99109201/28A RU2169440C2 (en) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | Heating device for scanning sonde microscopes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169440C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528746C2 (en) * | 2010-07-13 | 2014-09-20 | Закрытое Акционерное Общество "Нанотехнология Мдт" | Nanotechnological complex based on ionic and probe technologies |
| RU2600611C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-10-27 | Сика С.п.А. | Method and device for cutting pipe made from thermoplastic material |
-
1999
- 1999-04-22 RU RU99109201/28A patent/RU2169440C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Cuburn-MDS Catalogue 1997/1998. UHV manipulator accessories. Section 8.4, p.391. Information of Omicron "UHV scanning tunelling microscope". P.1-3. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528746C2 (en) * | 2010-07-13 | 2014-09-20 | Закрытое Акционерное Общество "Нанотехнология Мдт" | Nanotechnological complex based on ionic and probe technologies |
| RU2600611C2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-10-27 | Сика С.п.А. | Method and device for cutting pipe made from thermoplastic material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Characterization of semiconductor surface conductivity by using microscopic four-point probe technique | |
| US9316545B2 (en) | Scanning measurement of Seebeck coefficient of a heated sample | |
| CN110133026B (en) | Sample holder for X-ray photoelectron spectroscopy in-situ test and application thereof | |
| KR20210113397A (en) | Probe assembly and micro vacuum probe station including same | |
| Sarkar et al. | CMOS-MEMS atomic force microscope | |
| FR2948762A1 (en) | SIMULTANEOUS DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS SYSTEM | |
| RU2169440C2 (en) | Heating device for scanning sonde microscopes | |
| Musevic et al. | Temperature controlled microstage for an atomic force microscope | |
| JPH07122831B2 (en) | Two-dimensional position adjustment device | |
| US20150293042A1 (en) | Measurement Device and Measurement Method | |
| US9995786B2 (en) | Apparatus and method for evaluating semiconductor device | |
| CN108802098B (en) | Measuring device and measuring method for thermal conductivity of continuous silicon carbide film | |
| WO2011002201A2 (en) | Method for measuring quantitative temperature and thermal conductivity using a scanning thermal microscope | |
| US8763161B2 (en) | Zero thermal expansion, low heat transfer, variable temperature sample assembly for probe microscopy | |
| CN1115581C (en) | Heatable sample platform for scanning probe microscope | |
| JP4502193B2 (en) | Circuit forming cassette and use thereof | |
| KR100844199B1 (en) | Micro-moving Thermocouple Device for Fine Positioning Temperature Measurement | |
| JP2674684B2 (en) | Thermal expansion coefficient measurement method | |
| KR101240399B1 (en) | Scanning thermal microscope and temperature profiling method using the same | |
| RU2218562C2 (en) | Heating device for scanning sounding microscopes | |
| JP3636110B2 (en) | Thermomechanical analyzer | |
| RU2244948C1 (en) | Device for preserving temperature of object for scanning probing microscopes | |
| Arigela et al. | Development of a high-temperature micromechanics stage with a novel temperature measurement approach | |
| US20240125847A1 (en) | Voice coil leaf spring prober | |
| RU2169401C2 (en) | Temperature-compensated scanner |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050423 |