RU2248628C1

RU2248628C1 - Multifunction piezoscanner and scanning method for probing microscopy

Info

Publication number: RU2248628C1
Application number: RU2003130328/28A
Authority: RU
Inventors: В.А. Быков (RU); В.А. Быков; С.А. Саунин (RU); С.А. Саунин; Д.Ю. Соколов (RU); Д.Ю. Соколов
Original assignee: Зао "Нт-Мдт"
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-03-20

Abstract

FIELD: scanning probing microscopy.

SUBSTANCE: proposed piezoscanner has base that mounts piezotube with through slots disposed along center line of piezotube to form four fragments. Each piezotube fragment carries main electrodes. Internal electrodes are disposed opposite external ones. Holder for part under inspection is installed on opposite end of piezotube base. Sawtooth voltages are applied to electrodes. They are subjected to C-shaped bending. Then scanning is effected.

EFFECT: extended scanning range, enlarged functional capabilities of proposed piezoscanner and method.

14 cl, 22 dwg

Description

Предложенные устройство и способ относятся к сканирующей зондовой микроскопии, а более конкретно к устройствам и способам, обеспечивающим точное, трехкоординатное перемещение в плоскости объекта, а также изменение угла плоскости объекта.The proposed device and method relates to scanning probe microscopy, and more particularly to devices and methods that provide accurate, three-coordinate movement in the plane of the object, as well as changing the angle of the plane of the object.

Известен пьезопривод, содержащий держатель с цилиндрическим пьезоэлементом, на внутренней поверхности которого нанесен сплошной электрод, а на наружной - несколько групп электродов [1].A known piezodrive containing a holder with a cylindrical piezoelectric element, on the inner surface of which is applied a solid electrode, and on the outer - several groups of electrodes [1].

Недостаток указанного устройства заключается в невозможности выбора требуемого диапазона перемещений, что снижает его функциональные возможности.The disadvantage of this device is the inability to select the desired range of movements, which reduces its functionality.

Известен пьезопривод, состоящий из набора пьезотрубок одного диаметра с параллельными торцами и сплошными электродами на наружной и внутренней поверхностях, соединенных соосно друг с другом по торцам соединительными элементами, а с первым и вторым основанием свободными торцами [2].Known piezo drive, consisting of a set of piezotubes of the same diameter with parallel ends and solid electrodes on the outer and inner surfaces connected coaxially to each other at the ends by connecting elements, and with the first and second base free ends [2].

Недостаток указанного устройства заключается в отсутствии у пьезопривода возможности перемещения в плоскости, перпендикулярной оси пьезотрубок, что сужает его функциональные возможности и не позволяет использовать в качестве пьезосканера.The disadvantage of this device is that the piezo drive does not have the ability to move in a plane perpendicular to the axis of the piezo tubes, which narrows its functionality and does not allow it to be used as a piezoscanner.

Известен также пьезосканер, содержащий основание с закрепленной на нем одним концом первой пьезотрубкой с разделенными электродами на наружной и внутренней поверхностях, соединительный элемент, установленный на другом конце первой пьезотрубки и содержащий одним концом закрепленную на нем вторую пьезотрубку с разделенными электродами на наружной и внутренней поверхностях, а также держатель зонда, закрепленный на другом конце второй пьезотрубки [3].Also known is a piezoscanner containing a base with a first piezotube fixed to it at one end with separated electrodes on the outer and inner surfaces, a connecting element mounted on the other end of the first piezotube and containing at the other end a second piezotube fixed at it with separated electrodes on the outer and inner surfaces, as well as a probe holder mounted on the other end of the second piezotube [3].

Основной недостаток указанного устройства заключается в том, что при сканировании происходит изменение угла плоскости держателя объекта (зонда). Это приводит к тому, что приведенный пьезосканер практически не пригоден к использованию в нем линеек и матриц зондов.The main disadvantage of this device is that when scanning, the angle of the plane of the holder of the object (probe) changes. This leads to the fact that the above piezoscanner is practically not suitable for using rulers and probe arrays in it.

Известен также пьезосканер, содержащий пьезотрубку с электродами на наружной и внутренней поверхностях, одним концом закрепленную на основании, а другим соединенную с держателем объекта [4].Also known is a piezoscanner containing a piezotube with electrodes on the outer and inner surfaces, one end fixed to the base, and the other connected to the object holder [4].

Указанное устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.The specified device is selected as a prototype of the proposed solution.

Первый недостаток указанного устройства заключается в том, что при сканировании секции пьезотрубки, не участвующие в функциональном перемещении, препятствуют изгибу пьезосканера и уменьшают его диапазон.The first disadvantage of this device is that when scanning sections of the piezotube that are not involved in the functional movement, prevent the piezoscanner from bending and reduce its range.

Второй недостаток заключается в том, что плоскость держателя объекта изменяет угол наклона при сканировании, что сужает возможности использования пьезосканера.The second disadvantage is that the plane of the object holder changes the angle of inclination during scanning, which reduces the possibility of using a piezoscanner.

Известен также способ сканирования в зондовой микроскопии, включающий объединение основных электродов пьезосканера таким образом, что наружный электрод первого фрагмента пьезосканера объединен с внутренним электродом второго фрагмента пьезосканера, расположенного напротив первого фрагмента, а внутренний электрод первого фрагмента объединен с наружным электродом второго фрагмента, наружный электрод третьего фрагмента пьезосканера, расположенного между первым и вторым фрагментами, объединен с внутренним электродом четвертого фрагмента, расположенного напротив третьего фрагмента, а внутренний электрод третьего фрагмента объединен с наружным электродом четвертого фрагмента, подачу пилообразного напряжения на электроды первого и второго противоположных фрагментов и осуществление их синхронных С-образных изгибов по первой координате с формированием строчной развертки, а также пошаговое увеличение напряжения на электродах третьего и четвертого противоположных фрагментов после каждой подачи пилообразного напряжения и осуществление их синхронных С-образных изгибов по второй координате для перехода на следующую строку [4].There is also a known method of scanning in probe microscopy, comprising combining the main electrodes of the piezoscanner in such a way that the outer electrode of the first fragment of the piezoscanner is combined with the inner electrode of the second fragment of the piezoscanner located opposite the first fragment, and the inner electrode of the first fragment is combined with the outer electrode of the second fragment, the outer electrode of the third of the piezoscanner fragment located between the first and second fragments is combined with the inner electrode of the fourth fra ment located opposite the third fragment, and the inner electrode of the third fragment is combined with the outer electrode of the fourth fragment, applying a sawtooth voltage to the electrodes of the first and second opposite fragments and performing their synchronous C-shaped bends along the first coordinate with the formation of horizontal scanning, as well as a stepwise increase in voltage on the electrodes of the third and fourth opposite fragments after each filing of a sawtooth voltage and the implementation of their synchronous C-shaped from bends along the second coordinate to go to the next line [4].

Недостатки указанного способа заключаются в уменьшении диапазона сканирования, связанном с подачей пилообразных напряжений только на два фрагмента, и сужении функциональных возможностей способа.The disadvantages of this method are to reduce the scanning range associated with the filing of sawtooth voltages only two fragments, and narrowing the functionality of the method.

Технический результат изобретения заключается в увеличении диапазона сканирования и расширении функциональных возможностей пьезосканера многофункционального и способа сканирования в зондовой микроскопии.The technical result of the invention is to increase the scanning range and expand the functionality of the multifunctional piezoscanner and scanning method in probe microscopy.

Указанный технический результат достигается тем, что в пьезосканере, содержащем пьезотрубку с электродами на наружной и внутренней поверхностях, одним концом закрепленную на основании, а другим соединенную с держателем объекта, на пьезотрубке вдоль продольной оси выполнены четыре сквозных паза, образующих четыре фрагмента пьезотрубки, на каждом из которых сформированы основные электроды: по меньшей мере, по два электрода на наружной поверхности (наружные электроды) и по два электрода на внутренней поверхности (внутренние электроды), расположенные напротив наружных электродов, при этом электроды в виде прямоугольников на цилиндрической поверхности расположены вдоль пазов параллельно друг другу и имеют индивидуальные выводы.The specified technical result is achieved in that in a piezoscanner containing a piezotube with electrodes on the outer and inner surfaces, one end fixed to the base, and the other connected to the object holder, four through grooves are made on the piezotube along the longitudinal axis, forming four fragments of the piezotube, on each of which the main electrodes are formed: at least two electrodes on the outer surface (outer electrodes) and two electrodes on the inner surface (inner electrodes), located opposite the outer electrodes, while the electrodes in the form of rectangles on a cylindrical surface are located along the grooves parallel to each other and have individual leads.

Возможен вариант выполнения электродов, при котором на каждом фрагменте пьезотрубки сформированы дополнительные электроды, по четыре электрода на наружной поверхности (наружные электроды) и по четыре электрода на внутренней поверхности (внутренние электроды), расположенные напротив наружных электродов, при этом электроды расположены попарно вдоль сквозных пазов параллельно друг другу, последовательно основным электродам и имеют индивидуальные выводы.A possible embodiment of the electrodes is in which additional electrodes are formed on each piece of the piezotube, four electrodes on the outer surface (outer electrodes) and four electrodes on the inner surface (inner electrodes) located opposite the outer electrodes, while the electrodes are arranged in pairs along the through grooves parallel to each other, sequentially to the main electrodes and have individual leads.

Существуют варианты, в которых сквозные пазы выполнены на всю длину пьезотрубки и на часть длины пьезотрубки.There are options in which through grooves are made for the entire length of the piezotube and for part of the length of the piezotube.

Существуют также варианты, в которых держатель объекта соединен с пьезотрубкой со стороны сквозных пазов пьезотрубки и с противоположной ее стороны.There are also options in which the object holder is connected to the piezotube from the through grooves of the piezotube and from its opposite side.

Возможно также выполнение места соединения фрагментов пьезотрубки с держателем объекта или основанием посредством шарниров.It is also possible to make the junction of the piezotube fragments with the object holder or base by means of hinges.

При увеличенных амплитудах сканирования возможно выполнение концов сквозных пазов под тупыми углами к внутренней поверхности пьезотрубки, при этом места пьезотрубки в зоне пересечения пазов с внутренней ее поверхностью скруглены.With increased scanning amplitudes, it is possible to complete the ends of the through grooves at obtuse angles to the inner surface of the piezotube, while the places of the piezotube in the zone of intersection of the grooves with its inner surface are rounded.

Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что в способе сканирования в зондовой микроскопий, включающем одновременную подачу первого и второго основных пилообразных напряжений на прямо объединенные основные электроды первого и второго противоположных фрагментов, осуществление их синхронных С-образных изгибов по первой координате и строчную развертку, одновременное пошаговое увеличение первого и второго основных постоянных напряжений на прямо объединенных основных электродах третьего и четвертого фрагментов после каждой подачи первого и второго основных пилообразных напряжений и осуществление их синхронного С-образного изгиба по второй координате с пошаговым смещением на следующую строку, электроды объединяют программно, одновременно с подачей первого и второго основных пилообразных напряжений на прямо объединенные основные электроды первого и второго фрагментов и для осуществления их синхронных С-образных изгибов по первой координате на перекрестно объединенные основные электроды третьего и четвертого фрагментов подают третье и четвертое основные пилообразные напряжения и осуществляют С-образные изгибы третьего и четвертого фрагментов по первой координате синхронно с С-образными изгибами первого и второго фрагментов.In addition, this technical result is achieved by the fact that in the scanning method in probe microscopy, which includes simultaneously supplying the first and second main sawtooth voltages to directly connected main electrodes of the first and second opposite fragments, performing their synchronous C-shaped bends along the first coordinate and horizontal scanning , simultaneous incremental increase in the first and second main constant voltages on directly connected main electrodes of the third and fourth fragments after each supply of the first and second main sawtooth voltages and the implementation of their synchronous C-shaped bend in the second coordinate with a stepwise shift to the next line, the electrodes are combined programmatically, simultaneously with the first and second main sawtooth voltages being supplied to the directly connected main electrodes of the first and second fragments and to implement their synchronous C-shaped bends along the first coordinate, the third and fourth fractions are fed to the cross-connected main electrodes of the third and fourth fragments Toe basic sawtooth voltage and carried a C-shaped bends of the third and fourth fragments of the first coordinate in synchronism with the C-shaped bends of the first and second fragments.

Существует вариант, в котором на основные перекрестно объединенные электроды третьего и четвертого фрагментов подают третье и четвертое основные пилообразные напряжения, отличные друг от друга по амплитуде, осуществляют С-образные изгибы третьего и четвертого фрагментов по первой координате разной величины и дополнительно производят разворот держателя объекта вокруг продольной оси симметрии пьезотрубки.There is an option in which the third and fourth main sawtooth voltages that are different in amplitude are applied to the main cross-connected electrodes of the third and fourth fragments, they carry out C-shaped bends of the third and fourth fragments along the first coordinate of different sizes and additionally rotate the object holder around the longitudinal axis of symmetry of the piezotube.

Существует также вариант, в котором на прямо объединенные дополнительные электроды первого и второго фрагментов одновременно с подачей первого и второго основных пилообразных напряжений на основные электроды первого и второго фрагментов подают дополнительные первое и второе пилообразные напряжения и осуществляют двойной разнонаправленный С-образный изгиб первого фрагмента и двойной разнонаправленный С-образный изгиб второго фрагмента, синхронно обоих фрагментов по первой координате, формируя строчную развертку, на дополнительных электродах третьего и четвертого фрагментов одновременно с пошаговым увеличением первого и второго постоянных напряжений на прямо объединенных основных электродах третьего и четвертого фрагментов производят пошаговое увеличение дополнительных первого и второго постоянных напряжений и осуществляют двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента и двойной разнонаправленный С-образный изгиб четвертого фрагмента, синхронно обоих фрагментов по второй координате и производят плоскопараллельное перемещение держателя объекта и смещение на следующую строку.There is also an option in which additional first and second sawtooth voltages are supplied to the directly combined additional electrodes of the first and second fragments simultaneously with the first and second main sawtooth voltages being supplied to the main electrodes of the first and second fragments and double multidirectional C-shaped bending of the first fragment and double multidirectional C-shaped bend of the second fragment, synchronously of both fragments along the first coordinate, forming a horizontal scan, on additional the electrodes of the third and fourth fragments simultaneously with a stepwise increase in the first and second constant voltages on directly connected main electrodes of the third and fourth fragments stepwise increase the additional first and second constant voltages and carry out a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment and a double multidirectional C-shaped bend of the fourth fragment synchronously of both fragments along the second coordinate and produce plane-parallel movement of the holder about object and offset to the next line.

Возможен вариант, в котором на перекрестно объединенные дополнительные электроды третьего и четвертого фрагментов одновременно с подачей третьего и четвертого основных пилообразных напряжений на перекрестно объединенные основные электроды третьего и четвертого фрагментов подают дополнительные третье и четвертое пилообразные напряжения и осуществляют двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента и двойной разнонаправленный С-образный изгиб четвертого фрагмента, синхронно обоих фрагментов по первой координате и производят плоскопараллельное перемещение держателя объекта, формируя строчную развертку.A variant is possible in which additional third and fourth sawtooth voltages are supplied to the cross-linked additional electrodes of the third and fourth fragments simultaneously with the supply of the third and fourth main sawtooth voltages to the cross-connected main electrodes of the third and fourth fragments and double bent C-shaped bending of the third fragment and double multidirectional C-shaped bend of the fourth fragment, synchronously of both fragments in the first coordinate and n Produce plane-parallel movement of the object holder, forming a horizontal scan.

Возможен также вариант, в котором на перекрестно объединенные дополнительные электроды третьего и четвертого фрагментов подают дополнительные третье и четвертое пилообразные напряжения, отличные друг от друга по амплитуде, осуществляют двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента и двойной разнонаправленный С-образный изгиб четвертого фрагмента по первой координате различной величины и дополнительно производят разворот держателя объекта вокруг оси симметрии пьезотрубки с сохранением его плоскопараллельного перемещения.A variant is also possible in which additional third and fourth sawtooth voltages, which are different in amplitude, are supplied to the cross-connected additional electrodes of the third and fourth fragments, and carry out a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment and a double multidirectional C-shaped bend of the fourth fragment in the first coordinate of various sizes and additionally make the rotation of the object holder around the axis of symmetry of the piezotube with the preservation of its plane-parallel displacements.

Возможен также вариант, в котором на прямо объединенные основные и дополнительные прямо объединенные электроды первого и второго фрагментов подают первое и второе пилообразные напряжения, разные по амплитуде, осуществляют их двойные разнонаправленные С-образные изгибы по первой координате различной величины и коррекцию угла наклона плоскости держателя объекта по первой координате, на прямо объединенных основных и дополнительных электродах третьего и четвертого фрагментов осуществляют пошаговое увеличение первого и второго постоянных напряжений, разных по величине, и осуществляют двойные разнонаправленные С-образные изгибы различной величины по второй координате и коррекцию угла наклона плоскости держателя объекта по второй координате.A variant is also possible in which first and second sawtooth voltages of different amplitudes are applied to directly combined main and additional directly connected electrodes of the first and second fragments, they are double-directed in different C-shaped bends along the first coordinate of various sizes and the angle of inclination of the object holder plane is corrected along the first coordinate, on the directly combined primary and secondary electrodes of the third and fourth fragments, a stepwise increase in the first and second constant stresses of different magnitude, and carry out double multidirectional C-shaped bends of various sizes in the second coordinate and correction of the angle of inclination of the plane of the object holder in the second coordinate.

На фиг.1 изображен пьезосканер многофункциональный с четырьмя электродами на каждом фрагменте (четырехэлектродный), вид сбоку.Figure 1 shows a multi-functional piezoscanner with four electrodes on each fragment (four-electrode), side view.

На фиг.2 - сечение пьезосканера, перпендикулярное продольной оси симметрии пьезотрубки.Figure 2 - cross section of the piezoscanner, perpendicular to the longitudinal axis of symmetry of the piezotube.

На фиг.3 изображен пьезосканер многофункциональный с восемью электродами на каждом фрагменте (восьмиэлектродный).Figure 3 shows a piezoscanner multifunctional with eight electrodes on each fragment (eight-electrode).

На фиг.4, фиг.5 - два сечения пьезосканера, перпендикулярных продольной оси симметрии пьезотрубки.Figure 4, figure 5 - two sections of the piezoscanner, perpendicular to the longitudinal axis of symmetry of the piezotube.

На фиг.6 изображен пьезосканер многофункциональный со сквозными отверстиями на всю длину пьезотрубки.Figure 6 shows a multi-functional piezoscanner with through holes for the entire length of the piezotube.

На фиг.7 изображен вариант пьезосканера, в котором держатель объекта закреплен со стороны, противоположной сквозным пазам пьезотрубки.Figure 7 shows a variant of the piezoscanner, in which the holder of the object is fixed on the side opposite to the through grooves of the piezotube.

На фиг.8 изображена форма выполнения сквозного паза.On Fig shows a form of execution of the through groove.

На фиг.9, фиг.10 изображены блок-схемы подключения пьезосканеров, изображенных на фиг.1, фиг.3.In Fig.9, Fig.10 shows a block diagram of the connection of the piezoscanners shown in Fig.1, Fig.3.

Пьезосканер многофункциональный содержит основание 1 (фиг.1), на котором закреплена пьезотрубка 2 (см., например, [5]), с четырьмя сквозными пазами 3, 4, 5 и 6, выполненными вдоль продольной оси симметрии пьезотрубки 2 О-О’ и образующими четыре фрагмента: первый - 7, второй - 8, третий - 9 и четвертый - 10 (см. также фиг.2). Длина неразрезанной части 11 пьезотрубки от конца 12 сквозного паза до места ее закрепления на основании 1 определяется ее функциональным назначением. В случае использования неразрезанной части в качестве привода по координате Z (вдоль оси О-О’) ее длина может составлять 25-30% от общей длины пьезотрубки 2. На противоположной стороне от основания пьезотрубки 2 установлен держатель объекта 13. На каждом фрагменте пьезотрубки 2 сформированы основные электроды: по два электрода на наружной стороне пьезотрубки 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и 21 (наружные электроды) и по два электрода на внутренней ее стороне 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 и 29 (внутренние электроды). Причем внутренние электроды расположены напротив наружных электродов. Каждый электрод при этом имеет форму прямоугольной полоски на цилиндрической поверхности пьезотрубки и самостоятельный электрический вывод.The multifunctional piezoscanner contains a base 1 (Fig. 1), on which a piezotube 2 is fixed (see, for example, [5]), with four through grooves 3, 4, 5 and 6, made along the longitudinal axis of symmetry of the piezotube 2 O-O ' and forming four fragments: the first - 7, the second - 8, the third - 9 and the fourth - 10 (see also figure 2). The length of the uncut part 11 of the piezotube from the end 12 of the through groove to the place of its fastening on the basis of 1 is determined by its functional purpose. In the case of using the uncut part as a drive along the Z coordinate (along the O-O 'axis), its length can be 25-30% of the total length of the piezotube 2. An object holder 13 is mounted on the opposite side from the base of the piezotube 2. Each piece of the piezotube 2 the main electrodes are formed: two electrodes on the outer side of the piezotube 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 and 21 (outer electrodes) and two electrodes on its inner side 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 and 29 (internal electrodes). Moreover, the internal electrodes are located opposite the outer electrodes. Each electrode in this case has the shape of a rectangular strip on the cylindrical surface of the piezotube and an independent electrical output.

Возможен вариант, в котором на каждом фрагменте 30, 31, 32 и 33 (фиг.3) пьезотрубки 34 дополнительно к основным электродам: двум наружным и двум внутренним, расположенным ближе к основанию 1 (первые две пары), сформированы дополнительные электроды, два наружных и два внутренних расположены (вторые две пары) ближе к держателю объекта 13. При этом внутренние электроды расположены также напротив наружных электродов и имеют форму прямоугольных полосок на цилиндрической поверхности пьезотрубки.A variant is possible in which, on each fragment 30, 31, 32 and 33 (Fig. 3) of the piezotube 34, in addition to the main electrodes: two external and two internal, located closer to the base 1 (first two pairs), additional electrodes are formed, two external and two inner ones are located (the second two pairs) closer to the holder of the object 13. Moreover, the inner electrodes are also located opposite the outer electrodes and have the shape of rectangular strips on the cylindrical surface of the piezotube.

На фрагменте 32 выполнены четыре наружных электрода 35, 36, 37 и 38 и четыре внутренних электрода 39, 40, 41 и 42 (см. также фиг.4, фиг.5).On the fragment 32, four outer electrodes 35, 36, 37 and 38 and four inner electrodes 39, 40, 41 and 42 are made (see also FIG. 4, FIG. 5).

На фрагменте 31 выполнены четыре наружных электрода 43, 44, 45 и 46 и четыре внутренних электрода 47, 48, 49 и 50.At fragment 31, four outer electrodes 43, 44, 45, and 46 and four inner electrodes 47, 48, 49, and 50 are made.

На фрагменте 33 выполнены четыре наружных электрода 51, 52, 53 и 54 и четыре внутренних электрода 55, 56, 57 и 58.On the fragment 33, four outer electrodes 51, 52, 53 and 54 and four inner electrodes 55, 56, 57 and 58 are made.

На фрагменте 30 выполнены четыре наружных электрода 59, 60, 61 и 62 и четыре внутренних электрода 63, 64, 65 и 66.On the fragment 30, four outer electrodes 59, 60, 61 and 62 and four inner electrodes 63, 64, 65 and 66 are made.

В этом случае каждый электрод также имеет самостоятельный вывод.In this case, each electrode also has its own output.

Существует вариант, в котором сквозные пазы 67, 68, 69 и 70 (фиг.6) выполнены на всю длину пьезотрубки 71. При этом держатель объекта 72 и основание 73 выполняют роль соединительных элементов для фрагментов пьезотрубки 74, 75, 76 и 77.There is an option in which the through grooves 67, 68, 69 and 70 (Fig. 6) are made over the entire length of the piezotube 71. In this case, the object holder 72 and the base 73 serve as connecting elements for fragments of the piezotube 74, 75, 76 and 77.

Возможен также вариант, в котором держатель объекта 78 (фиг.7) установлен со стороны неразрезанной части 79 пьезотрубки 80 (со стороны, противоположной пазам), при этом места соединения фрагментов 81, 82, 83 и 84 пьезотрубки 80 выполнены в виде шарниров 85, 86, 87 и 88. В качестве шарниров может быть использовано, например, клеевое соединение, жесткость которого меньше жесткости материала пьезотрубки 80 и жесткости материала основания 89.It is also possible that the object holder 78 (Fig. 7) is installed on the side of the uncut portion 79 of the piezotube 80 (on the side opposite to the grooves), while the junction of the fragments 81, 82, 83 and 84 of the piezotube 80 is made in the form of hinges 85, 86, 87 and 88. As hinges, for example, an adhesive joint can be used, the rigidity of which is less than the rigidity of the material of the piezotube 80 and the rigidity of the material of the base 89.

При увеличенных амплитудах сканирования целесообразно выполнять конец 12 каждого сквозного паза 3, 4, 5, 6 (см. фиг.1) под углом к оси О-О’, образуя тупой угол α с внутренней поверхностью 90 пьезотрубки 2 (фиг.8). При этом место 91 пьезотрубки 2 в зоне пересечения паза 3 и внутренней ее поверхности скруглено по радиусу R.With increased scanning amplitudes, it is advisable to execute the end 12 of each through groove 3, 4, 5, 6 (see Fig. 1) at an angle to the O-O axis ’, forming an obtuse angle α with the inner surface 90 of the piezotube 2 (Fig. 8). The place 91 of the piezotube 2 in the zone of intersection of the groove 3 and its inner surface is rounded along the radius R.

Пьезосканер 92, изображенный на фиг.1, фиг.2, подключен к блоку управления 93 (фиг.9).The piezoscanner 92, shown in figure 1, figure 2, is connected to the control unit 93 (figure 9).

Пьезосканер 94, изображенный на фиг.3, фиг.4, подключен к блоку управления 95 (фиг.10).The piezoscanner 94, shown in figure 3, figure 4, is connected to the control unit 95 (figure 10).

Подробно исполнение блоков управления и подключение их к пьезосканерам см. в [4, 6, 7, 8, 9].For details on the execution of control units and their connection to piezoscanners, see [4, 6, 7, 8, 9].

Существует несколько вариантов работы пьезосканера, изображенного на фиг.1, фиг.2.There are several options for the operation of the piezoscanner shown in figure 1, figure 2.

Сканирование по координате Х (первая координата) происходит путем программного прямого объединения электродов 20, 21, 24 и 25, а также 28, 29, 16 и 17 и одновременной подачи на электроды первого 7 и второго 8 фрагментов первого

и второго

основных пилообразных напряжений, одинаковых по фазе и амплитуде (фиг.11). Следует заметить, что в предложенном устройстве пьезотрубка поляризована от центра к периферии, а следовательно, напряженность поля, возникающая в пьезокерамике, при указанном объединении электродов с учетом центральной симметрии всегда разнонаправлена. При этом за счет попеременного растяжения и сжатия первого 7 и второго 8 фрагментов происходят их синхронные С-образные изгибы и построчное сканирование по координате X. Смещение на строку по координате Y (вторая координата) происходит пошагово, за счет одновременного увеличения первого

и второго

основных постоянных напряжений, одинаковых по фазе и амплитуде, на электродах третьего 9 и четвертого 10 противоположных фрагментов после каждой подачи первого пилообразного напряжения, то есть за счет увеличения разности потенциалов между программно прямо объединенными электродами 14, 15, 26 и 27, а также электродами 22, 23, 18 и 19 (указанный режим описан в [4, 6, 7, 8, 9]). Вместе с этим при сканировании по координате Х возможно дополнительное включение фрагментов 9 и 10 в режиме биморфов. При этом осуществляют дополнительное программное перекрестное объединение наружных и внутренних электродов третьего фрагмента 9: 15-го с 22-м, 14-го с 23, а также объединение наружных и внутренних электродов четвертого фрагмента 10: 18-го с 27, 19-го с 26. После этого на электроды третьего 9 и четвертого 10 фрагментов подают третье

и четвертое

основные пилообразные напряжения одновременно с первым и вторым пилообразными напряжения. В результате разнозначных деформаций краев фрагментов происходят С-образные изгибы третьего 9 и четвертого 10 (фиг.12) фрагментов по первой координате, способствующие основному перемещению А. Если третье

и четвертое

основные пилообразные напряжения (фиг.13) отличны друг от друга по амплитуде, фрагменты 9 и 10 изгибаются на величину А₁ и А₂ (фиг.14) и возможно осуществлять разворот держателя объекта 13 вокруг оси О-О’, определяемый разностью A₁-А₂.Scanning along the X coordinate (first coordinate) occurs by programmatically direct combining the

electrodes

20, 21, 24 and 25, as well as 28, 29, 16 and 17 and simultaneously feeding the first 7 and second 8 fragments of the first

and second

the main sawtooth voltages, identical in phase and amplitude (11). It should be noted that in the proposed device, the piezotube is polarized from the center to the periphery, and therefore, the field strength arising in piezoceramics, with the indicated combination of electrodes, taking into account central symmetry, is always multidirectional. In this case, due to the alternate stretching and compression of the first 7 and second 8 fragments, their synchronous C-shaped bends and line-by-line scanning along the X coordinate occur. The shift to the line along the Y coordinate (second coordinate) occurs step by step, due to the simultaneous increase in the first

and second

main constant voltages, identical in phase and amplitude, on the electrodes of the third 9 and fourth 10 opposite fragments after each supply of the first sawtooth voltage, that is, by increasing the potential difference between the programmatically directly connected

electrodes

14, 15, 26 and 27, as well as the

electrodes

22 , 23, 18 and 19 (the specified mode is described in [4, 6, 7, 8, 9]). At the same time, when scanning along the X coordinate, additional inclusion of

fragments

9 and 10 in the bimorph mode is possible. In this case, an additional programmatic cross-union of the outer and inner electrodes of the third fragment of the 9: 15th with the 22nd from the 22nd, the 14th from the 23rd, as well as the combination of the outer and inner electrodes of the fourth fragment of the 10: 18th from the 27th, 19th with 26. After that, a third is fed to the electrodes of the third 9 and fourth 10 fragments

and fourth

main sawtooth stresses simultaneously with the first and second sawtooth stresses. As a result of different deformations of the edges of the fragments, C-shaped bends of the third 9 and fourth 10 (Fig. 12) fragments along the first coordinate occur, contributing to the main displacement A. If the third

and fourth

the main sawtooth stresses (Fig. 13) are different in amplitude, the

fragments

9 and 10 are bent by a value of A ₁ and A ₂ (Fig. 14) and it is possible to rotate the object holder 13 around the axis O-O ', determined by the difference A ₁ -A ₂ .

Описанный принцип сканирования целесообразен при сканировании зондом (зондами). В этом случае в качестве объекта выступает зонд (зонды).The described scanning principle is advisable when scanning with a probe (s). In this case, the probe (s) acts as an object.

Пьезосканер многофункциональный, изображенный на фиг.3, фиг.4, фиг.5, целесообразно использовать при сканировании образцом. В этом случае при сканировании по координате X на основные и дополнительные электроды первого 30 и второго 31 фрагментов одновременно с подачей первого

и второго

основных пилообразных напряжений подают дополнительные первое

и второе

пилообразные напряжения. Наиболее часто используется вариант сканирования, в котором все пилообразные напряжения одинаковы по амплитуде и фазе. В этом случае возможны прямое программное объединение электродов 45, 46, 47, 48, 65, 66, 59 и 60, а также электродов 49, 50, 43, 44, 61, 62, 63 и 64 и подача на них пилообразного напряжения

(фиг.15). При этом происходит двойной разнонаправленный С-образный изгиб первого фрагмента 30 (фиг.16) и двойной разнонаправленный С-образный изгиб второго фрагмента 31. Изгиб фрагментов происходит синхронно в одном направлении по координате X, что приводит к плоскопараллельному перемещению держателя объекта 13 по координате Х и обеспечивает строчную развертку для смещения на строку по координате Y. Одновременно пошагово увеличивают первое

и второе

основные постоянные напряжения на основных электродах третьего 32 и четвертого 33 противоположных фрагментов после каждой подачи первого

и второго

основных пилообразных напряжений на первый 30 и второй 31 противоположные фрагменты. Кроме этого, осуществляют пошаговое увеличение дополнительных первого

и второго

постоянных напряжений на дополнительных электродах третьего 32 и четвертого 33 фрагментов. При равенстве всех постоянных напряжений возможно программное прямое объединение электродов третьего 32 и четвертого 33 фрагментов, аналогичное объединению электродов на фрагментах 30 и 31. При этом объединяются электроды 39, 40, 51, 52, 37, 38, 57 и 58, а также 35, 36, 55, 56, 41, 42, 53 и 54 и осуществляется подача на них пошагово постоянного напряжения

. В результате осуществляется двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента 32 и двойной разнонаправленный изгиб четвертого фрагмента 33. При этом изгибы фрагментов 32 и 33 синхронны в одном направлении по координате Y, что приводит к плоскопараллельному перемещению держателя объекта 13 по координате Y и смещению на следующую строку. Кроме этого, при сканировании по координате X возможно дополнительное включение фрагментов 32 и 33 в режиме биморфов. В этом случае на основные электроды третьего 32 и четвертого 33 фрагментов одновременно подают третье и четвертое пилообразные напряжения, а на дополнительные электроды подают дополнительные третье и четвертое пилообразные напряжения. При равенстве пилообразных напряжений, подаваемых на каждый фрагмент, на фрагменте 32 программно объединяют перекрестные электроды 37, 36, 39, 42, а также 35, 38, 40, 41 и подают на них дополнительно пилообразное напряжение

одновременно с подачей

. На фрагменте 33 программно перекрестно объединяют электроды 51, 54, 57, 56 и 55, 58, 53, 52 и подают на них дополнительно пилообразное напряжение

также одновременно с подачей

. При равенстве

=

осуществляется двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента 32 (фиг.16) и двойной разнонаправленный изгиб четвертого фрагмента 33. Изгибы обоих фрагментов происходят синхронно по первой (X) координате и также производят плоскопараллельное перемещение держателя объекта 13, способствуя основному перемещению В. При

>

(фиг.17) осуществляются двойной разнонаправленный С-образный изгиб третьего фрагмента 32 на величину B₁ и двойной разнонаправленный изгиб четвертого фрагмента 33 на величину В₂ также по координате X, что дополнительно приводит к развороту держателя объекта 13 вокруг оси симметрии пьезотрубки согласно разности B₁-В₂ с сохранением его плоскопараллельного перемещения (фиг.18).The multifunctional piezoscanner shown in Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 is expediently used when scanning with a sample. In this case, when scanning along the X coordinate on the primary and secondary electrodes of the first 30 and second 31 fragments simultaneously with the first

and second

main sawtooth stresses provide additional first

and second

sawtooth stress. The most commonly used option is scanning, in which all the sawtooth voltages are the same in amplitude and phase. In this case, direct program combination of

electrodes

45, 46, 47, 48, 65, 66, 59 and 60, as well as

electrodes

49, 50, 43, 44, 61, 62, 63 and 64, and applying a sawtooth voltage to them are possible

(Fig.15). In this case, a double multidirectional C-shaped bending of the first fragment 30 (Fig. 16) and double multidirectional C-shaped bending of the second fragment 31. The bending of the fragments occurs synchronously in one direction along the X coordinate, which leads to plane-parallel movement of the object holder 13 along the X coordinate and provides a horizontal scan for offset by a line along the Y coordinate. Simultaneously incrementally increase the first

and second

main constant voltage on the main electrodes of the third 32 and fourth 33 opposite fragments after each feed of the first

and second

the main sawtooth stresses on the first 30 and second 31 opposite fragments. In addition, carry out a incremental increase in the additional first

and second

DC voltages on additional electrodes of the third 32 and fourth 33 fragments. If all the constant voltages are equal, software direct combining of the electrodes of the third 32 and fourth 33 fragments is possible, similar to combining the electrodes on

fragments

30 and 31. In this case, the

electrodes

39, 40, 51, 52, 37, 38, 57 and 58, as well as 35, are combined 36, 55, 56, 41, 42, 53, and 54, and step-by-step constant voltage is applied to them

. As a result, a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment 32 and a double multidirectional bend of the fourth fragment 33 are performed. In this case, the bends of the

fragments

32 and 33 are synchronous in one direction along the Y coordinate, which leads to plane-parallel movement of the object holder 13 along the Y coordinate and a shift to the next string. In addition, when scanning along the X coordinate, additional inclusion of

fragments

32 and 33 in the bimorph mode is possible. In this case, the third and fourth sawtooth voltages are simultaneously applied to the main electrodes of the third 32 and fourth 33 fragments, and additional third and fourth sawtooth voltages are supplied to the additional electrodes. If the sawtooth voltages supplied to each fragment are equal, on the fragment 32 the

cross electrodes

37, 36, 39, 42, as well as 35, 38, 40, 41 are programmatically combined and an additional sawtooth voltage is applied to them

simultaneously with serving

. At fragment 33, the

electrodes

51, 54, 57, 56 and 55, 58, 53, 52 are cross-linked programmatically and an additional sawtooth voltage is applied to them

also at the same time as serving

. With equality

=

there is a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment 32 (Fig. 16) and double multidirectional bending of the fourth fragment 33. The bends of both fragments occur synchronously along the first (X) coordinate and also produce plane-parallel movement of the object holder 13, contributing to the main movement B.

>

(Fig. 17) a double multidirectional C-shaped bending of the third fragment 32 by a value of B ₁ and double multidirectional bending of the fourth fragment 33 by a value of B ₂ also along the X coordinate, which additionally leads to the rotation of the object holder 13 around the axis of symmetry of the piezoelectric tube according to the difference B ₁ -B ₂ while maintaining its plane-parallel movement (Fig. 18).

Возможен также вариант, в котором на электроды первого 30 и второго 31 фрагментов подают первое

и второе

(фиг.19) пилообразные напряжения, различные по амплитуде.There is also an option in which the first 30 and second 31 fragments are fed to the electrodes

and second

(Fig. 19) sawtooth voltages of various amplitudes.

При этом на фрагменте 30 программно прямо объединяют электроды 61, 62, 63, 64 и 59, 60, 65, 66, а на фрагменте 31 программно прямо объединяют электроды 45, 46, 47 и 48, а также 49, 50, 43 и 44. В этом случае каждый фрагмент осуществляет двойной разнонаправленный С-образный изгиб различной величины по первой координате и коррекцию угла α (фиг.20) наклона плоскости держателя объекта 13 по первой координате. На фрагменте 32 при этом программно прямо объединяют электроды 39, 40, 37 и 38, а также 35, 36, 41 и 42, а на фрагменте 33 - 55, 56, 53 и 54, а также 51, 52, 57 и 58 (фиг.21). После этого на этих фрагментах осуществляют пошаговое увеличение первого

и второго

постоянных напряжений, разных по величине, и производят двойные разнонаправленные изгибы различной величины по второй координате (Y) и коррекцию угла наклона β по этой координате (фиг.22).In this case, on the fragment 30, the

electrodes

61, 62, 63, 64, and 59, 60, 65, 66 are directly combined programmatically, and on the fragment 31, the

electrodes

45, 46, 47, and 48, as well as 49, 50, 43, and 44 are directly combined In this case, each fragment performs a double multidirectional C-shaped bend of various sizes in the first coordinate and corrects the angle α (Fig. 20) of the inclination of the plane of the object holder 13 in the first coordinate. In fragment 32,

electrodes

39, 40, 37, and 38, as well as 35, 36, 41, and 42, are directly programmatically combined, and in

fragment

33, 55, 56, 53, and 54, as well as 51, 52, 57, and 58 ( Fig.21). After that, a stepwise increase in the first

and second

constant stresses of different sizes, and produce double multidirectional bends of various sizes along the second coordinate (Y) and the correction of the angle of inclination β along this coordinate (Fig.22).

Функционирование пьезосканера, изображенного на фиг.6, осуществляется аналогично предыдущему варианту.The operation of the piezoscanner shown in Fig.6 is carried out similarly to the previous embodiment.

Использование пьезосканера с установкой держателя объекта 78 как показано на фиг.7 целесообразно при незначительной массе держателя объекта 78.The use of a piezoscanner with the installation of the holder of the object 78 as shown in Fig.7 is advisable with a small mass of the holder of the object 78.

Выбор шарниров 85, 86, 87 и 88 в каждом конкретном случае, с одной стороны, уменьшая жесткость соединения, приводит к увеличению амплитуды перемещения. С другой стороны, изменение резонансной частоты пьезосканера не должно приводить к снижению разрешения СЗМ.The choice of hinges 85, 86, 87 and 88 in each case, on the one hand, reducing the rigidity of the connection, leads to an increase in the amplitude of movement. On the other hand, a change in the resonant frequency of the piezoscanner should not lead to a decrease in the resolution of the SPM.

Следует заметить, что шарниры могут применяться также на пьезосканерах, изображенных на фиг.1-фиг.6 со стороны пазов.It should be noted that the hinges can also be used on the piezoscanners depicted in figure 1-figure 6 from the grooves.

Величину угла α (фиг.8) выбирают в зависимости от диапазона перемещения, толщины пьезотрубки и ее диаметра. При перемещении до 10 мкм, толщине пьезотубки ~0.5 мм и ее наружном диаметре 10 мм в предложенном пьезосканере угол α составлял величину 130°. При этом не наблюдалось возникновение микротрещин.The angle α (Fig. 8) is selected depending on the range of movement, the thickness of the piezotube and its diameter. When moving up to 10 μm, the thickness of the piezotube ~ 0.5 mm and its outer diameter of 10 mm in the proposed piezoscanner, the angle α was 130 °. In this case, the occurrence of microcracks was not observed.

Более подробно работу пьезосканера в составе СЗМ (фиг.9, фиг.10) см. в [7, 8, 9].For more details on the operation of the piezoscanner as part of the SPM (Fig. 9, Fig. 10) see [7, 8, 9].

Выполнение на пьезотрубке четырех сквозных пазов с образованием фрагментов пьезотрубки с четырьмя электродами на каждом, имеющих индивидуальные выводы, позволяет увеличить диапазон сканирования по осям X, Y с одновременной корректировкой по углу вокруг оси O-O’ положения держателя объекта.Performing four end-to-end grooves on the piezotube with the formation of fragments of the piezotube with four electrodes on each having individual leads allows you to increase the scanning range along the X, Y axes with simultaneous adjustment of the position of the object holder around the O-O ’axis.

Выполнение на каждом фрагменте пьезотрубки по восемь электродов позволяет производить сканирование по осям X, Y с сохранением параллельности перемещения плоскости держателя объекта.The implementation of eight electrodes on each piece of the piezotube allows scanning along the X, Y axes while maintaining the parallelism of movement of the plane of the object holder.

Выполнение сквозных пазов на всю длину пьезотрубки дополнительно увеличивает диапазон перемещений. Вместе с этим в этом случае исключается возможность появления трещин на концах пазов.The implementation of through grooves for the entire length of the piezotube further increases the range of movements. Along with this, in this case, the possibility of cracks at the ends of the grooves is excluded.

Соединение держателя объекта с пьезотрубкой со стороны, противоположной сквозным пазам, увеличивает диапазон сканирования.The connection of the object holder to the piezotube from the side opposite the through grooves increases the scanning range.

Соединение держателя объекта с пьезотрубкой со стороны сквозных пазов, по сравнению с предыдущим вариантом, более надежный вариант пьезосканера.The connection of the object holder with the piezotube on the side of the through grooves, in comparison with the previous version, is a more reliable version of the piezoscanner.

Выполнение мест соединения фрагментов пьезотрубки с держателем объекта или основанием в виде шарниров позволяет дополнительно увеличивать диапазон перемещения за счет уменьшения реакции со стороны не работающих по данной координате электродов.The implementation of the junction of the fragments of the piezotube with the holder of the object or the base in the form of hinges allows you to further increase the range of movement by reducing the reaction from the electrodes that do not work on this coordinate.

Выполнение концов сквозных пазов под тупым углом к внутренней поверхности пьезотрубки, а также округление зоны пересечения пазов и внутренней поверхности пьезотрубки уменьшает вероятность получения призм и повышает надежность пьезосканера. Это происходит благодаря тому, что при сканировании наружная поверхность пьезосканера испытывает большие нагрузки по сравнению с внутренней.Performing the ends of the through grooves at an obtuse angle to the inner surface of the piezotube, as well as rounding the zone of intersection of the grooves and the inner surface of the piezotube, reduces the likelihood of prisms and increases the reliability of the piezoscanner. This is due to the fact that when scanning the outer surface of the piezoscanner experiences greater loads compared to the inside.

Подача третьего и четвертого основных пилообразных напряжений на перекрестно объединенные электроды третьего и четвертого фрагментов включает их в режим перемещения по первой координате, что увеличивает диапазон этого перемещения.The supply of the third and fourth main sawtooth voltages to the cross-connected electrodes of the third and fourth fragments includes them in the mode of movement along the first coordinate, which increases the range of this movement.

Использование третьего и четвертого основных пилообразных напряжений, различных по амплитуде, позволяет дополнительно осуществлять разворот держателя объекта, что расширяет функциональные возможности способа сканирования.The use of the third and fourth main sawtooth voltages, different in amplitude, allows you to additionally rotate the object holder, which extends the functionality of the scanning method.

Использование дополнительных первого и второго пилообразных напряжений, а также пошаговое увеличение дополнительных первого и второго постоянных напряжений позволяет осуществлять плоскопараллельное сканирование по двум координатам, что также расширяет функциональные возможности способа сканирования.The use of additional first and second sawtooth voltages, as well as a step-by-step increase in additional first and second constant voltages, allows plane-parallel scanning in two coordinates, which also extends the functionality of the scanning method.

Использование дополнительных третьего и четвертого пилообразных напряжений увеличивает диапазон сканирования.The use of additional third and fourth sawtooth voltages increases the scanning range.

Использование дополнительных третьего и четвертого пилообразных напряжений, отличных друг от друга по амплитуде, позволяет осуществлять разворот держателя объекта с сохранением его плоскопараллельного перемещения, что расширяет функциональные возможности способа сканирования.The use of additional third and fourth sawtooth voltages, which are different in amplitude, allows the object holder to be rotated while maintaining its plane-parallel movement, which extends the functionality of the scanning method.

Использование первого и второго пилообразных напряжений, а также первого и второго постоянных напряжений, разных по амплитуде, позволяет осуществлять коррекцию плоскости держателя объекта в процессе сканирования, что также расширяет функциональные возможности способа сканирования.The use of the first and second sawtooth voltages, as well as the first and second constant voltages, different in amplitude, allows the correction of the plane of the object holder during the scanning process, which also extends the functionality of the scanning method.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент США №4945235, H 01 J 37/00, 1990 г.1. US patent No. 4945235, H 01 J 37/00, 1990

2. Рекламный проспект V/О ELECTRONINTORG, пьезоприводы ППУ 9 - ППУ 14.2. Advertising brochure V / О ELECTRONINTORG, piezo actuators PPU 9 - PPU 14.

3. Патент US 5200617, G 01 N 23/00, 1993.3. Patent US 5200617, G 01 N 23/00, 1993.

4. Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей. УДК 539.216. М., 2000. с.178.4. Bykov V.A. Instruments and methods of scanning probe microscopy for the study and modification of surfaces. UDC 539.216. M., 2000.S. 178.

5. Пьезоэлектрическая керамика, Е.Г.Смажевская и др., “Советское радио”, 1971 г., 198 с.5. Piezoelectric ceramics, EG Smazhevskaya and others, “Soviet Radio”, 1971, 198 S.

6. The use of a linear piezoelectric actuator for coarse motion in a vacuum compatible scanning tunneling microscope, Gary W. Stupian and Martin S. Leung, J. Vac. Sci. Technol. A 7 (4), Jul/Aug 1989.6. The use of a linear piezoelectric actuator for coarse motion in a vacuum compatible scanning tunneling microscope, Gary W. Stupian and Martin S. Leung, J. Vac. Sci. Technol. A 7 (4), Jul / Aug 1989.

7. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др., Сенсорные системы, т.12, №1, 1998 г., с.99-121.7. Probe microscopy for biology and medicine. V.A. Bykov et al., Sensory Systems, vol. 12, No. 1, 1998, pp. 99-121.

8. Tunneling barrier height imaging and polycrystalline Si surface observations, S. Hosaka, K. Sagara, T. Hasegawa, K. Takata and S. Hosoki, Vac. Sci. Technol. A 8 (1), Jan/Feb 1990.8. Tunneling barrier height imaging and polycrystalline Si surface observations, S. Hosaka, K. Sagara, T. Hasegawa, K. Takata and S. Hosoki, Vac. Sci. Technol. A 8 (1), Jan / Feb 1990.

9. Scanning tunneling microscope instrumentation, Y. Kuk, P.J. Sulverman, Rev. Sci. Instrum. 60 (1989), No. 2, 165-180.9. Scanning tunneling microscope instrumentation, Y. Kuk, P.J. Sulverman, Rev. Sci. Instrum. 60 (1989), No. 2, 165-180.

Claims

1. A multifunctional piezoscanner containing a piezotube with electrodes on the outer and inner surfaces, one end fixed to the base, and the other connected to the object holder, characterized in that four through grooves are made on the piezotube along its longitudinal axis of symmetry, forming the first and second opposite fragments and also the third and fourth opposite pieces of the piezotube located between them, on each of which the main electrodes are formed - at least two electrodes to the outside nd surface (outer electrodes), and two electrodes on the inner surface (internal electrode) disposed opposite the outer electrode, wherein the electrodes are in the form of rectangles on the cylindrical surface located along the slots parallel to each other and have individual terminals.

2. The multifunctional piezoscanner according to claim 1, characterized in that on each piece of the piezotube, additional electrodes are formed in addition to the main electrodes - two outer and two inner - two outer and two inner, also made in the form of rectangles on a cylindrical surface, while the main electrodes are located closer to the base, and additional electrodes are closer to the object holder along the grooves parallel to each other, sequentially to the main electrodes and have individual leads.

3. The multifunctional piezoscanner according to claim 1, characterized in that the through grooves are made over the entire length of the piezotube.

4. The multifunctional piezoscanner according to claim 1, characterized in that the through grooves are made on a part of the length of the piezotube.

5. The piezoscanner is multifunctional according to claims 1 and 4, characterized in that the object holder is connected to the piezotube from the through grooves of the piezotube.

6. The piezoscanner is multifunctional according to claims 1 and 4, characterized in that the object holder is connected to the piezotube from the side opposite to the through grooves of the piezotube.

7. The multifunctional piezoscanner according to claim 1, characterized in that the junction of the piezotube fragments with the object holder or base is made by means of hinges.

8. The piezoscanner is multifunctional according to claim 1, characterized in that the ends of the through grooves are made at an obtuse angle to the inner surface of the piezotube, while the places of the piezotube in the zone of intersection of the grooves and its inner surface are rounded.

9. A scanning method in probe microscopy, including the simultaneous supply of the first and second main sawtooth voltages to the directly combined main electrodes of the first and second opposite fragments, the implementation of their synchronous C-shaped bends along the first coordinate and horizontal scan, the simultaneous incremental increase of the first and second main constants voltage directly connected to the main electrodes of the third and fourth fragments after each filing of the first and second main sawtooth and the implementation of their synchronous C-shaped bends along the second coordinate with a stepwise shift to the next line, characterized in that the electrodes are combined programmatically, simultaneously with the supply of the first and second main sawtooth voltages to the directly connected main electrodes of the first and second fragments and the implementation of their synchronous C -shaped bends in the first coordinate on the cross-connected main electrodes of the third and fourth fragments serves the third and fourth main sawtooth voltage and yayut C-shaped bends of the third and fourth fragments of the first coordinate in synchronism with the C-shaped bends of the first and second fragments.

10. The scanning method in probe microscopy according to claim 9, characterized in that the third and fourth main sawtooth voltages that are different in amplitude are fed to the cross-linked main electrodes of the third and fourth fragments, and C-shaped bends of the third and fourth fragments are applied the first coordinate of different sizes and additionally make the rotation of the object holder around the longitudinal axis of symmetry of the piezotube.

11. The scanning method in probe microscopy according to claim 9, characterized in that the directly combined additional electrodes of the first and second fragments simultaneously with the first and second main sawtooth voltages are supplied to the main electrodes of the first and second fragments, the additional first and second sawtooth voltages and double multidirectional C-shaped bend of the first fragment and double multidirectional C-shaped bend of the second fragment, synchronously of both fragments along the first coordinate, forming horizontal scan, on the additional electrodes of the third and fourth fragments simultaneously with a stepwise increase in the first and second constant voltages on the directly connected main electrodes of the third and fourth fragments, incrementally increase the additional first and second constant voltages and carry out a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment and double multidirectional C-shaped bending of the fourth fragment, synchronously of both fragments along the second coordinate and produce a plane parallel movement of the object holder and the shift to the next line.

12. The scanning method in probe microscopy according to claims 9 to 11, characterized in that additionally third and fourth fractions are supplied to the cross-connected additional electrodes of the third and fourth fragments simultaneously with the supply of the third and fourth main sawtooth voltages to the cross-connected main electrodes of the third and fourth fragments sawtooth stresses and carry out a double multidirectional C-shaped bend of the third fragment and double multidirectional C-shaped bend of the fourth fragment, si chrono both fragments in the first coordinate and produce a plane-parallel movement of the object holder, forming a line scanning.

13. The scanning method in probe microscopy according to claims 9-12, characterized in that additional third and fourth sawtooth voltages, different in amplitude from each other, are supplied to the cross-linked additional electrodes of the third and fourth fragments, and they carry out a double multidirectional C-shaped bend of the third of a fragment and a double C-shaped bend of the fourth fragment along the first coordinate of various sizes and additionally rotate the object holder around the axis of symmetry of the piezotube while maintaining its plane-parallel movement.

14. The scanning method in probe microscopy according to claims 9 to 13, characterized in that the first and second sawtooth voltages of different amplitudes are fed to the directly combined primary and secondary electrodes of the first and second fragments, they are double multidirectional C-shaped bends in the first coordinate of various sizes and the correction of the angle of inclination of the plane of the holder of the object in the first coordinate, on the directly combined primary and secondary electrodes of the third and fourth fragments, incrementally increase first and second constant voltages, different in magnitude, and carry out double multidirectional C-shaped bends of various sizes in the second coordinate and the correction of the angle of inclination of the plane of the holder of the object in the second coordinate.