RU2259607C1 - Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy - Google Patents

Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy Download PDF

Info

Publication number
RU2259607C1
RU2259607C1 RU2003137761/28A RU2003137761A RU2259607C1 RU 2259607 C1 RU2259607 C1 RU 2259607C1 RU 2003137761/28 A RU2003137761/28 A RU 2003137761/28A RU 2003137761 A RU2003137761 A RU 2003137761A RU 2259607 C1 RU2259607 C1 RU 2259607C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
cantilever
electrically conductive
electrostatic
source
Prior art date
Application number
RU2003137761/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003137761A (en
Inventor
М.Е. Алексеев (RU)
М.Е. Алексеев
В.А. Быков (RU)
В.А. Быков
С.А. Саунин (RU)
С.А. Саунин
Original Assignee
Зао "Нт-Мдт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зао "Нт-Мдт" filed Critical Зао "Нт-Мдт"
Priority to RU2003137761/28A priority Critical patent/RU2259607C1/en
Publication of RU2003137761A publication Critical patent/RU2003137761A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2259607C1 publication Critical patent/RU2259607C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: microscopy.
SUBSTANCE: device has cantilever holder with cantilever, including base with flexible beam, source of excitation of oscillations of flexible beam relatively to standard, block for supporting position of flexible beam, second electrode. On flexible beam first and second electric-conductive areas are formed. Areas are separated by layer of dielectric and are actually a first electrode. First electrode is positioned with possible interaction with second electrode. Cantilever oscillations excitation source is made in form of first electrostatic drive. Electrostatic drive is connected to first electrode.
EFFECT: broader functional capabilities.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, изучающей топографию и поверхностные свойства объектов, такие как магнитные, электрические, теплофизические, эластичные и т.д. Оно может быть использовано для возбуждения механических колебаний зонда (кантилевера) в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).The invention relates to the field of scanning probe microscopy, which studies the topography and surface properties of objects, such as magnetic, electrical, thermophysical, elastic, etc. It can be used to excite mechanical vibrations of the probe (cantilever) in scanning probe microscopes (SPM).

Известен ультразвуковой сканирующий зондовый микроскоп [1] с устройством возбуждения колебаний кантилевера, содержащий держатель кантилевера с кантилевером, включающим основание с гибкой балкой, на конце которой закреплено острие, а также источник возбуждения колебаний гибкой балки относительно образца, выполненный в виде ультразвукового излучателя (УИ), сопряженного с образцом. При этом между УИ и образцом расположены жидкие слои.A known ultrasonic scanning probe microscope [1] with a device for excitation of cantilever oscillations, containing a cantilever holder with a cantilever, including a base with a flexible beam, at the end of which a tip is fixed, as well as a source of vibration excitation of the flexible beam relative to the sample, made in the form of an ultrasonic emitter (UI) conjugated to the sample. In this case, liquid layers are located between the MI and the sample.

Первый недостаток указанного устройства заключается в том, что в нем не используется корректировка положения острия зонда кантилевера по нормали к поверхности образца.The first disadvantage of this device is that it does not use the adjustment of the position of the tip of the cantilever probe normal to the surface of the sample.

Второй недостаток связан с невозможностью колебаний гибкой балки кантилевера вокруг своей продольной оси.The second disadvantage is the impossibility of oscillations of the flexible cantilever beam around its longitudinal axis.

Третий недостаток связан с ограниченными частотными характеристиками УИ. Все перечисленные недостатки сужают функциональные возможности ультразвукового СЗМ.The third disadvantage is associated with the limited frequency characteristics of the MD. All these shortcomings narrow the functionality of ultrasonic SPM.

Кроме этого в известном устройстве возможны температурные дрейфы положения образца относительно острия зонда, связанные с нагревом УИ и размещением жидких слоев для обеспечения акустического контакта между УИ и образцом.In addition, in the known device, temperature drifts of the position of the sample relative to the tip of the probe are possible, associated with heating the ID and the placement of liquid layers to provide acoustic contact between the ID and the sample.

Следует заметить, что нагрев УИ и расположение жидких слоев также может сужать функциональные возможности устройства. Например, при нагреве ограничен выбор исследуемых материалов, таких как термолабильные биологические образцы, материалы с высоким коэффициентом термического расширения и т.п.It should be noted that heating the MI and the location of the liquid layers can also constrict the functionality of the device. For example, when heated, the choice of the studied materials is limited, such as thermolabile biological samples, materials with a high coefficient of thermal expansion, etc.

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

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии, содержащее держатель кантилевера с кантилевером, включающим основание с гибкой балкой, а также источник возбуждения колебаний гибкой балки относительно образца, введены блок поддержания положения гибкой балки и второй электрод, на гибкой балке кантилевера сформированы первая и вторая электропроводящие области с индивидуальным подключением, разделенные слоем диэлектрика и представляющие собой первый электрод, расположенный с возможностью взаимодействия со вторым электродом, а источник возбуждения колебаний кантилевера выполнен в виде первого электростатического привода, подключенного к первому электроду, в качестве которого используют две электропроводящие области, и ко второму электроду.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy, comprising a cantilever holder with a cantilever including a base with a flexible beam, and also a source of vibration excitation of the flexible beam relative to the sample, a block for maintaining the position of the flexible beam and a second electrode are introduced, on the flexible cantilever beam, the first and second electrically conductive regions with individual connection are formed, separated by a dielectric layer and constituting a first electrode arranged to interact with the second electrode, and the cantilever oscillation excitation source is made in the form of a first electrostatic drive connected to the first electrode, which is used as two electrically conductive regions, and to the second electrode.

Существует вариант, в котором блок поддержания положения гибкой балки выполнен в виде второго электростатического привода, состоящего из источника постоянного электрического напряжения, первым концом подключенного к первому электроду, а вторым концом - ко второму электроду.There is an option in which the unit for maintaining the position of the flexible beam is made in the form of a second electrostatic drive, consisting of a constant voltage source, the first end connected to the first electrode, and the second end to the second electrode.

Существует также вариант, в котором первый электростатический привод выполнен в виде источника переменного электрического напряжения, первым концом подключенного к первому электроду, в качестве которого используют две электропроводящие области, а вторым концом - ко второму электроду.There is also an option in which the first electrostatic drive is made in the form of a source of alternating electric voltage, the first end connected to the first electrode, which use two electrically conductive areas, and the second end to the second electrode.

Кроме этого, возможно использование в качестве второго электрода - образца, выполненного из электропроводящего материала, или электропроводящей пластины, имеющей диффузно отражающую поверхность со стороны, противоположной кантилеверу, и закрепленной на держателе кантилевера.In addition, it is possible to use as a second electrode a sample made of an electrically conductive material, or an electrically conductive plate having a diffusely reflecting surface on the side opposite to the cantilever and mounted on the cantilever holder.

Возможно также выполнение первого электростатического привода в виде источника парафазного переменного электрического напряжения, первым концом соединенного с первой электропроводящей областью первого электрода, вторым концом - со второй электропроводящей областью первого электрода, а третьим концом - со вторым электродом.It is also possible to perform the first electrostatic drive in the form of a source of paraphase alternating voltage, the first end connected to the first electrically conductive region of the first electrode, the second end to the second electrically conductive region of the first electrode, and the third end to the second electrode.

Целесообразно также выполнение первого электростатического привода в виде сочетания источника переменного электрического напряжения и источника парафазного переменного электрического напряжения, при том, что источник переменного электрического напряжения подключен к первому и второму электродам, а источник парафазного переменного электрического напряжения первым концом соединен с первой электропроводящей областью первого электрода, вторым концом - со второй электропроводящей областью первого электрода, а третьим концом - со вторым электродом.It is also advisable to perform the first electrostatic drive in the form of a combination of an alternating voltage source and a paraphase alternating voltage source, while the alternating voltage source is connected to the first and second electrodes, and the paraphase alternating voltage source is connected by the first end to the first electrically conductive region of the first electrode , the second end with the second electrically conductive region of the first electrode, and the third end with the second th electrode.

На фиг.1 изображена схема устройства электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии в общем виде.Figure 1 shows a diagram of a device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy in general form.

На фиг.2 изображен кантилевер (вид снизу).Figure 2 shows the cantilever (bottom view).

На фиг.3 изображена схема подключения источников электрического напряжения к кантилеверу и электропроводящему образцу.Figure 3 shows a diagram of the connection of electric voltage sources to the cantilever and an electrically conductive sample.

На фиг.4 изображена схема подключения источников электрического напряжения к кантилеверу и электропроводящей пластине.Figure 4 shows a diagram of the connection of electric voltage sources to the cantilever and the electrically conductive plate.

На фиг.5 изображен вариант подключения источника парафазного переменного электрического напряжения к двум электропроводящим областям на гибкой балке кантилевера.Figure 5 shows a variant of connecting a paraphase alternating voltage source to two electrically conductive regions on a flexible cantilever beam.

На фиг.6 изображен вариант выполнения первого электростатического привода в виде сочетания источника переменного электрического напряжения и источника парафазного переменного электрического напряжения.Figure 6 shows an embodiment of the first electrostatic drive in the form of a combination of an alternating voltage source and a paraphase alternating voltage source.

Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии содержит держатель кантилевера 1 (фиг.1) с кантилевером 2, включающим основание 3 с гибкой балкой 4, на конце которой закреплено острие 5. Держатель 1 может быть закреплен, например, на пьезосканере СЗМ (не показан). Кантилевер 2 при этом первым электродом (см. ниже) подключен к источнику возбуждения колебаний 6 (первому электростатическому приводу) гибкой балки 4 относительно второго электрода 7 и блоку поддержания положения 8 гибкой балки 4. На гибкой балке 4 кантилевера 2 сформированы первая 9 (фиг.2) и вторая 10 электропроводящие области с индивидуальным подключением к электронным блокам 6 и 8, разделенные слоем диэлектрика 11 и представляющие собой первый электрод, расположенный с возможностью взаимодействия со вторым электродом 7. Блок 8 может быть выполнен в виде второго электростатического привода, состоящего из источника постоянного электрического напряжения, подключенного к первому и второму электродам. Описание СЗМ, пьезосканеров и кантилеверов подробно изложено в [2, 3].The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy contains a cantilever holder 1 (Fig. 1) with a cantilever 2, including a base 3 with a flexible beam 4, the tip 5 is fixed at its end. The holder 1 can be mounted, for example, on the SZM piezoscanner (not shown). In this case, the cantilever 2 is connected with the first electrode (see below) to the oscillation source 6 (the first electrostatic drive) of the flexible beam 4 relative to the second electrode 7 and the position support unit 8 of the flexible beam 4. The first 9 is formed on the flexible beam 4 of the cantilever 2 (Fig. 2) and the second 10 electrically conductive areas with individual connections to the electronic units 6 and 8, separated by a dielectric layer 11 and representing the first electrode located with the possibility of interaction with the second electrode 7. Block 8 can be performed ene as a second electrostatic actuator composed of DC voltage source connected to the first and second electrodes. The description of SPM, piezoscanners and cantilevers is described in detail in [2, 3].

Первый электростатический привод 6 может состоять из источника 12 (фиг.3) переменного электрического напряжения, подключенного к первому электроду, в качестве которого используют две электропроводящие области 9 и 10 (фиг.2), и ко второму электроду, в качестве которого может быть использован образец 13 (фиг.3), выполненный из электропроводящего материала.The first electrostatic drive 6 may consist of a source 12 (Fig. 3) of alternating voltage connected to the first electrode, which is used as two electrically conductive regions 9 and 10 (Fig. 2), and to a second electrode, which can be used sample 13 (figure 3) made of an electrically conductive material.

Блок поддержания положения 8 (фиг.1) гибкой балки 4 может быть выполнен в виде второго электростатического привода, состоящего из источника постоянного электрического напряжения 14 (фиг.3), также подключенного к первому (области 9 и 10) и второму (образец 13) электродам.The position maintenance block 8 (FIG. 1) of the flexible beam 4 can be made in the form of a second electrostatic drive, consisting of a constant voltage source 14 (FIG. 3), also connected to the first (regions 9 and 10) and the second (sample 13) electrodes.

Существует вариант, в котором в качестве второго электрода используют электропроводящую пластину 15 (фиг.4), закрепленную на держателе кантилевера 1 с возможностью взаимодействия с кантилевером 2. Данный вариант используют в том случае, если образец 16 выполнен из диэлектрического материала. При этом пластина 15 может иметь юстировочную подвижку относительно гибкой балки 4, осуществляемую подгибом пластины 15 и подвижкой в зазорах крепежа при закреплении винтами (не показано). Возможно также закрепление пластины 15 посредством клея, припоя и т.п.There is an option in which an electrically conductive plate 15 (FIG. 4) is used as the second electrode, mounted on the cantilever holder 1 with the possibility of interaction with the cantilever 2. This option is used if the sample 16 is made of dielectric material. In this case, the plate 15 may have an adjustment movement of a relatively flexible beam 4, carried out by bending the plate 15 and moving in the gaps of the fastener when secured with screws (not shown). It is also possible to fix the plate 15 by means of glue, solder, etc.

На держателе кантилевера 1 закреплен пружинный захват 17, содержащий два изолированных друг от друга токоподвода, расположенных с возможностью электрического взаимодействия с электропроводящими областями 9 и 10.On the holder of the cantilever 1 is fixed a spring grip 17 containing two isolated from one another current leads arranged with the possibility of electrical interaction with electrically conductive regions 9 and 10.

Пластина 15 и пружинный захват 17 могут быть изготовлены, например, из бериллиевой бронзы и закреплены на держателе кантилевера 1 через изоляторы (не показаны), либо держатель кантилевера 1 должен быть изготовлен из изолирующего материала. Размер пластины 15 должен быть таким, чтобы был оптический доступ к гибкой балке 4 со стороны ее свободного конца. Например, при длине гибкой балки 4, равной 100 мкм, длина пластины 15 может составлять величину порядка 50 мкм. При этом ее ширина может несколько превышать ширину гибкой балки 4, что позволит этому объекту быть более заметным в оптический микроскоп. Пластина 15 со стороны, противоположной кантилеверу, может иметь диффузно отражающую поверхность, что позволит проводить предварительную настройку сигнала на ней с большей степенью точности.The plate 15 and the spring grip 17 can be made, for example, of beryllium bronze and mounted on the cantilever holder 1 through insulators (not shown), or the cantilever holder 1 must be made of insulating material. The size of the plate 15 should be such that there is optical access to the flexible beam 4 from the side of its free end. For example, with the length of the flexible beam 4 equal to 100 μm, the length of the plate 15 may be of the order of 50 μm. Moreover, its width may slightly exceed the width of the flexible beam 4, which will allow this object to be more visible in an optical microscope. The plate 15 from the side opposite the cantilever may have a diffusely reflecting surface, which will allow for preliminary signal tuning on it with a greater degree of accuracy.

Существует вариант, где первый электростатический привод выполнен в виде источника парафазного переменного электрического напряжения 18 (фиг.5), соединенного первым и вторым концами с первой 9 и второй 10 электропроводящими областями индивидуальными выводами, а третьим концом - со вторым электродом 7.There is an option where the first electrostatic drive is made in the form of a source of paraphase alternating voltage 18 (Fig. 5), connected by the first and second ends to the first 9 and second 10 conductive regions with individual leads, and the third end to the second electrode 7.

Существует также вариант, в котором первый электростатический привод 6 (фиг.1) выполнен в виде сочетания источника переменного электрического напряжения 12 (фиг.6) и источника парафазного переменного электрического напряжения 18, при том, что источник переменного электрического напряжения 12 подключен к первому (области 9 и 10) и второму (7) электродам, а источник парафазного переменного электрического напряжения 18 первым концом подключен к первой электропроводящей области 9 первого электрода, вторым концом - ко второй электропроводящей области 10 первого электрода, а третьим концом - ко второму электроду 7. На фиг.5 и 6 в качестве электрода 7 может быть использован как электропроводящий образец 13 (фиг.3), так и электропроводящая пластина 15 (фиг.4).There is also an option in which the first electrostatic drive 6 (Fig. 1) is made in the form of a combination of an alternating voltage source 12 (Fig. 6) and a paraphase alternating voltage source 18, while the alternating voltage source 12 is connected to the first ( areas 9 and 10) and the second (7) electrodes, and the source of the paraphase alternating voltage 18, the first end is connected to the first conductive region 9 of the first electrode, the second end to the second conductive region 10 of the first electrode and the third end - to the second electrode 7. In Figures 5 and 6 as electrode 7 can be used as electrically conductive pattern 13 (Figure 3) and the electroconductive plate 15 (Figure 4).

Устройство работает следующим образом. Закрепляют кантилевер 2 с использованием пружинного захвата 17 на держателе 1, обеспечивая их электрические соединения. Используя блок поддержания 8 положения гибкой балки 4, выставляют ее требуемое первоначальное положение по координате Z. Переменное напряжение от первого электростатического привода 6 (фиг.1 и фиг.2) прикладывают к первому электроду в виде двух электропроводящих областей 9 и 10, разделенных слоем диэлектрика 11, и ко второму электроду 7. При этом из-за электростатического взаимодействия между ними возбуждаются механические колебания гибкой балки 4 кантилевера 2, что позволяет проводить анализ поверхности в бесконтактном режиме. Подробнее работу устройства смотри в [2, 3].The device operates as follows. The cantilever 2 is fixed using a spring grip 17 on the holder 1, ensuring their electrical connections. Using the unit for maintaining the 8 position of the flexible beam 4, set its desired initial position in the Z coordinate. Alternating voltage from the first electrostatic drive 6 (Fig. 1 and Fig. 2) is applied to the first electrode in the form of two electrically conductive regions 9 and 10 separated by a dielectric layer 11, and to the second electrode 7. In this case, due to the electrostatic interaction between them, mechanical vibrations of the flexible beam 4 of the cantilever 2 are excited, which makes it possible to analyze the surface in a non-contact mode. For more details, see the operation of the device in [2, 3].

При функционировании устройства, изображенного на фиг.3, образец 13 должен быть изготовлен из электропроводящего материала. Используя источник постоянного электрического напряжения 14 и силы электростатического взаимодействия, осуществляют предварительную установку положения гибкой балки 4 относительно образца 13 по координате Z. При подаче переменных потенциалов между образцом 13 и гибкой балкой 4 с первым электродом возникают электростатические силы притяжения и отталкивания. Соответственно, при этом можно возбуждать механические колебания гибкой балки 4.When the device shown in FIG. 3 is functioning, the sample 13 must be made of an electrically conductive material. Using a source of constant electric voltage 14 and electrostatic interaction forces, the position of the flexible beam 4 relative to the sample 13 is pre-set at the coordinate Z. When applying alternating potentials between the sample 13 and the flexible beam 4 with the first electrode, electrostatic forces of attraction and repulsion arise. Accordingly, in this case, mechanical vibrations of the flexible beam 4 can be excited.

Специфика работы устройства, изображенного на фиг.4, заключается в том, что в процессе эксплуатации возможна юстировочная подвижка пластины 15 относительно кантилевера 2 с целью оптимизации силовых воздействий между ними. При этом, используя электростатическое взаимодействие, аналогично описанному выше, осуществляют колебания гибкой балки 4 и ее предварительную установку относительно образца 16.The specifics of the operation of the device depicted in figure 4, is that during operation, an adjustment movement of the plate 15 relative to the cantilever 2 is possible in order to optimize the force effects between them. In this case, using electrostatic interaction, similar to that described above, the flexible beams 4 are vibrated and pre-positioned relative to the sample 16.

Для того чтобы в процессе юстировки пластины 15 не повредить гибкую балку 4 кантилевера 2, может быть использован имитатор кантилевера в виде пружины, выполненной, например, из бериллиевой бронзы и повторяющей геометрическую форму гибкой балки кантилевера. Процесс установки кантилевера 2 происходит следующим образом. Берут основание 3 кантилевера 2 пинцетом и устанавливают его таким образом, что одна часть основания 3 ложится на держатель кантилевера 1, а другая на пластину 15. После этого сдвигают основание 3 в сторону пружинного захвата 17 и заводят под нее. После этого происходит фиксация основания 3 на держателе 1, что позволяет осуществить дальнейшее его движение, не опасаясь повредить гибкую пластину 4.In order not to damage the flexible beam 4 of the cantilever 2 during the adjustment of the plate 15, a cantilever simulator in the form of a spring made, for example, of beryllium bronze and repeating the geometric shape of the flexible cantilever beam can be used. The installation process of the cantilever 2 is as follows. Take the base 3 of the cantilever 2 with tweezers and set it in such a way that one part of the base 3 rests on the cantilever holder 1, and the other on the plate 15. After that, the base 3 is moved towards the spring grip 17 and put under it. After that, the base 3 is fixed on the holder 1, which allows its further movement to be carried out without fear of damaging the flexible plate 4.

Процесс юстировки пластины 15 может происходить следующим образом. Держатель кантилевера 1 с имитатором кантилевера и пластиной 15 устанавливают в оптический микроскоп и выставляют размер между ними от 10 до 100 мкм путем подгиба пластины 15. Подготовленный таким образом держатель кантилевера 1 с пластиной 15 устанавливают в СЗМ и после этого вставляют кантилевер 2 с гибкой балкой 4.The alignment process of the plate 15 can occur as follows. The cantilever holder 1 with a cantilever simulator and plate 15 is mounted in an optical microscope and the size between them is set from 10 to 100 μm by folding the plate 15. The cantilever holder 1 with plate 15 thus prepared is installed in the SPM and then the cantilever 2 with flexible beam 4 is inserted .

Описанные выше варианты использования устройства позволяют исследовать поверхность образца в безконтактной моде, см., например [4].The use cases of the device described above make it possible to study the surface of a sample in a noncontact mode, see, for example, [4].

Работа устройства, изображенного на фиг.5, заключается в попеременной подаче потенциалов от источника 18 на электропроводящие области 9 и 10, что при электростатическом взаимодействии с электродом 7 приводит к качанию гибкой балки 4 вокруг своей оси (О-О) по направлению В. В этом случае возможно изучать силу трения поверхности образца в зоне точечного измерения, проводить манипуляции со средой и т.п.The operation of the device depicted in Fig. 5 consists in alternately supplying potentials from the source 18 to the electrically conductive regions 9 and 10, which, when electrostatically interacted with the electrode 7, causes the flexible beam 4 to swing around its axis (O-O) in the direction B. In this case, it is possible to study the friction force of the surface of the sample in the spot measurement zone, to manipulate the medium, etc.

В устройстве, изображенном на фиг.6, объединены две описанные методики измерения.In the device depicted in Fig.6, the two described measurement methods are combined.

Введение блока поддержания положения гибкой балки позволяет выбирать предварительный изгиб гибкой балки, что увеличивает Z-диапазон сканирующей зондовой микроскопии.The introduction of a block for maintaining the position of the flexible beam allows you to select the preliminary bending of the flexible beam, which increases the Z-range of scanning probe microscopy.

Формирование на гибкой балке кантилевера первой и второй электропроводящих областей с индивидуальным подключением, разделенных слоем диэлектрика и представляющих собой первый электрод, расположенный с возможностью взаимодействия со вторым электродом, позволяет на стадии изготовления кантилеверов проводить их оперативный контроль с целью корректировки, например, площадей электропроводящих областей. Кроме этого появляется возможность аппаратно устранять паразитные колебания балки кантилевера вокруг продольной оси, возникающие в результате погрешностей исполнения проводящих слоев. Это может быть осуществлено путем индивидуального подключения электропроводящих областей к дополнительным электронным блокам (не показаны).The formation on the flexible cantilever beam of the first and second electrically conductive regions individually connected, separated by a dielectric layer and representing the first electrode located with the possibility of interaction with the second electrode, allows the cantilevers to be monitored at the manufacturing stage to correct, for example, the areas of the electrically conductive regions. In addition, it becomes possible to eliminate the parasitic vibrations of the cantilever beam around the longitudinal axis arising as a result of errors in the performance of the conductive layers. This can be done by individually connecting the electrically conductive areas to additional electronic units (not shown).

Выполнение источника возбуждения колебаний гибкой балки кантилевера в виде первого электростатического привода, подключенного к первому и второму электродам, позволяет уменьшать тепловые нагрузки на конструкцию, что увеличивает возможный выбор исследуемых материалов.The implementation of the oscillation source of the flexible cantilever beam in the form of a first electrostatic drive connected to the first and second electrodes, allows to reduce the thermal load on the structure, which increases the possible choice of the studied materials.

Перечисленное расширяет функциональные возможности устройства с сохранением точностных характеристик.The above extends the functionality of the device while maintaining accuracy characteristics.

Использование в качестве второго электрода образца из электропроводящего материала упрощает конструкцию устройства.The use of a sample of electrically conductive material as the second electrode simplifies the design of the device.

Выполнение второго электрода в виде электропроводящей пластины, закрепленной на держателе кантилевера, позволяет регулировать расстояние между ним и гибкой балкой кантилевера, что увеличивает возможность регулировки силовых воздействий на кантилевер и расширяет функциональные возможности устройства. Выполнение электропроводящей пластины с диффузно отражающей поверхностью со стороны, противоположной кантилеверу, позволяет наблюдать форму и размер лазерного луча, направляемого на гибкую балку кантилевера, при настройке СЗМ. Это позволяет упростить процедуру настройки СЗМ.The implementation of the second electrode in the form of an electrically conductive plate mounted on the cantilever holder allows you to adjust the distance between it and the flexible cantilever beam, which increases the ability to adjust the force effects on the cantilever and extends the functionality of the device. The implementation of the electrically conductive plate with a diffusely reflecting surface from the side opposite the cantilever allows you to observe the shape and size of the laser beam directed to the flexible beam of the cantilever when setting up the SPM. This makes it possible to simplify the SPM tuning procedure.

Выполнение первого электростатического привода в виде источника парафазного переменного электрического напряжения, первым концом соединенного с первой проводящей областью первого электрода, вторым концом - со второй проводящей областью первого электрода, а третьим концом - со вторым электродом, позволяет осуществлять колебания гибкой балки кантилевера вокруг продольной оси, что также расширяет функциональные возможности устройства.The implementation of the first electrostatic drive in the form of a source of paraphase alternating voltage, the first end connected to the first conductive region of the first electrode, the second end to the second conductive region of the first electrode, and the third end to the second electrode, allows vibrations of the flexible cantilever beam around the longitudinal axis, which also extends the functionality of the device.

Выполнение первого электростатического привода в виде сочетания источника переменного электрического напряжения и источника парафазного переменного электрического напряжения позволяет объединять описанные методики исследования поверхности образцов.The implementation of the first electrostatic drive in the form of a combination of an alternating voltage source and a paraphase alternating voltage source makes it possible to combine the described methods for studying the surface of samples.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент US № 5675075, G 01 B 5/28, 1997 г.1. US patent No. 5675075, G 01 B 5/28, 1997

2. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др. Сенсорные системы, том 12, №1, 1998 г., стр. 99-121.2. Probe microscopy for biology and medicine. V.A. Bykov et al. Sensory Systems, Volume 12, No. 1, 1998, pp. 99-121.

3. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхности. А.И.Данилов. Успехи химии, 64 (8), 1995 г, стр. 818-833.3. Scanning tunneling and atomic force microscopy in surface electrochemistry. A.I. Danilov. Advances in Chemistry, 64 (8), 1995, pp. 818-833.

4. Положительное решение по заявке №2000131289 от 13.05.02 г.4. A positive decision on the application No.20031289 of 05/13/02

Claims (7)

1. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии, содержащее держатель кантилевера с кантилевером, включающим основание с гибкой балкой, а также источник возбуждения колебаний гибкой балки относительно образца, отличающееся тем, что в него введен блок поддержания положения гибкой балки, на гибкой балке кантилевера сформированы первая и вторая электропроводящие области с индивидуальным подключением, разделенные слоем диэлектрика и представляющие собой первый электрод, расположенный с возможностью взаимодействия со вторым электродом, а источник возбуждения колебаний кантилевера выполнен в виде первого электростатического привода, подключенного к первому и второму электродам.1. Device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy, comprising a cantilever holder with a cantilever including a base with a flexible beam, and also a source of vibration excitation of the flexible beam relative to the sample, characterized in that a block for maintaining the position of the flexible beam on the flexible beam is inserted into it cantilever, the first and second electrically conductive regions with individual connection are formed, separated by a dielectric layer and representing the first electrode, located ny to interact with the second electrode, and the source of excitation of the cantilever oscillation is formed as a first electrostatic actuator connected to the first and second electrodes. 2. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п.1, отличающееся тем, что блок поддержания положения гибкой балки выполнен в виде второго электростатического привода, состоящего из источника постоянного электрического напряжения, первым концом подключенного к первому электроду, а вторым концом ко второму электроду.2. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1, characterized in that the positioning unit of the flexible beam is made in the form of a second electrostatic drive consisting of a constant voltage source, the first end connected to the first electrode, and the second end to to the second electrode. 3. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п.1, отличающееся тем, что первый электростатический привод выполнен в виде источника переменного электрического напряжения, первым концом подключенного к первому электроду, в качестве которого используют две электропроводящие области, а вторым концом - ко второму электроду.3. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1, characterized in that the first electrostatic drive is made in the form of a source of alternating electric voltage, the first end connected to the first electrode, which use two electrically conductive regions, and the second end to the second electrode. 4. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п. 1 или 3, отличающееся тем, что в качестве второго электрода используют образец, выполненный из электропроводящего материала.4. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1 or 3, characterized in that a sample made of an electrically conductive material is used as the second electrode. 5. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п. 1 или 3, отличающееся тем, что в качестве второго электрода используют электропроводящую пластину, имеющую диффузно-отражающую поверхность со стороны, противоположной кантилеверу, и закрепленную на держателе кантилевера.5. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1 or 3, characterized in that the second electrode is an electrically conductive plate having a diffusely reflecting surface on the side opposite to the cantilever and mounted on the cantilever holder. 6. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п.1, отличающееся тем, что первый электростатический привод выполнен в виде источника парафазного переменного электрического напряжения, первым концом соединенного с первой электропроводящей областью первого электрода, вторым концом - со второй электропроводящей областью первого электрода, а третьим концом - со вторым электродом.6. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1, characterized in that the first electrostatic drive is made as a source of paraphase alternating voltage, the first end connected to the first electrically conductive region of the first electrode, the second end to the second electrically conductive region of the first electrode, and the third end with the second electrode. 7. Устройство электростатического возбуждения колебаний кантилевера в сканирующей зондовой микроскопии по п.1, отличающееся тем, что первый электростатический привод выполнен в виде сочетания источника переменного электрического напряжения и источника парафазного переменного электрического напряжения, при этом источник переменного электрического напряжения подключен к первому и второму электродам, а источник парафазного переменного электрического напряжения подключен первым концом к первой электропроводящей области первого электрода, вторым концом - ко второй электропроводящей области первого электрода, а третьим концом - ко второму электроду.7. The device for electrostatic excitation of cantilever oscillations in scanning probe microscopy according to claim 1, characterized in that the first electrostatic drive is made in the form of a combination of an alternating voltage source and a paraphase alternating voltage source, while the alternating voltage source is connected to the first and second electrodes and the source of the paraphase alternating voltage is connected by the first end to the first electrically conductive region of the first elec electrode, the second end to the second electrically conductive region of the first electrode, and the third end to the second electrode.
RU2003137761/28A 2003-12-30 2003-12-30 Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy RU2259607C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137761/28A RU2259607C1 (en) 2003-12-30 2003-12-30 Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003137761/28A RU2259607C1 (en) 2003-12-30 2003-12-30 Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003137761A RU2003137761A (en) 2005-06-10
RU2259607C1 true RU2259607C1 (en) 2005-08-27

Family

ID=35833957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003137761/28A RU2259607C1 (en) 2003-12-30 2003-12-30 Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2259607C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003137761A (en) 2005-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0754249B2 (en) Method and device for inspecting surface of sample
US4785177A (en) Kinematic arrangement for the micro-movements of objects
USRE33387E (en) Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution
US4724318A (en) Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution
JP3892198B2 (en) Microprobe and sample surface measuring device
US7748260B2 (en) Thermal mechanical drive actuator, thermal probe and method of thermally driving a probe
US5319977A (en) Near field acoustic ultrasonic microscope system and method
CN108027390B (en) Compact probe for atomic force microscopy and atomic force microscope comprising such a probe
US6862923B2 (en) Atomic force microscope
KR100966907B1 (en) Contact probe
US6349591B1 (en) Device and method for controlling the interaction of a tip and a sample, notably for atomic force microscopy and nano-indentation
US7861577B2 (en) Electric potential difference detection method and scanning probe microscope
JP4511544B2 (en) Scanning probe microscope
JP3953958B2 (en) Actuation and detection device for scanning probe microscope
US7770474B2 (en) Sample operation apparatus
RU2259607C1 (en) Device for electrostatic excitation of cantilever in scanning probing microscopy
KR20060074345A (en) Rf switch
US5148026A (en) Scanning probe microscopy
JP5418413B2 (en) Cantilever excitation method in atomic force microscope
US20110321202A1 (en) Dynamic mode nano-scale imaging and position control using deflection signal direct sampling of higher mode-actuated microcantilevers
JP2013053877A (en) Cantilever excitation method in atomic force microscope and atomic force microscope
JPH03255409A (en) Device for positioning optical fiber
JPH08129018A (en) Non-contact mode interatomic force microscope/ electrostatic capacity microscope composite apparatus
JP2004020221A (en) Cantilever holder
JPH09159680A (en) Cantilever holder, heating device using it, and heating/ shape measuring instrument using it

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141231