RU2269803C1 - Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа - Google Patents

Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа Download PDF

Info

Publication number
RU2269803C1
RU2269803C1 RU2004123740/28A RU2004123740A RU2269803C1 RU 2269803 C1 RU2269803 C1 RU 2269803C1 RU 2004123740/28 A RU2004123740/28 A RU 2004123740/28A RU 2004123740 A RU2004123740 A RU 2004123740A RU 2269803 C1 RU2269803 C1 RU 2269803C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
scanning
microscope
signal
extrapolator
Prior art date
Application number
RU2004123740/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Матвеевич Липанов (RU)
Алексей Матвеевич Липанов
ев Павел Валентинович Гул (RU)
Павел Валентинович Гуляев
Евгений Юрьевич Шелковников (RU)
Евгений Юрьевич Шелковников
Денис В чеславович Гудцов (RU)
Денис Вячеславович Гудцов
Анатолий Евгеньевич Панич (RU)
Анатолий Евгеньевич Панич
Original Assignee
Институт прикладной механики УрО РАН
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 Институт прикладной механики УрО РАН filed Critical Институт прикладной механики УрО РАН
Priority to RU2004123740/28A priority Critical patent/RU2269803C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2269803C1 publication Critical patent/RU2269803C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сканирующей туннельной спектроскопии и может быть использовано в зондовых микроскопах и приборах на их основе. Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа, вход которого подключен к системе стабилизации высоты острия микроскопа, содержит последовательно соединенные дифференциатор, экстраполятор и формирователь модуля. Регулировка величины интервала экстраполяции осуществляется источником, подключенным к экстраполятору. Выход формирователя модуля соединен с дифференциальным усилителем, на второй вход которого поступает сигнал установки. Выход дифференциального усилителя подключен к цепи из последовательно соединенных ограничителя, интегратора и блока управления переводом строки, в которой выходы интегратора и блока управления переводом строки являются выходами строчной и кадровой развертки микроскопа соответственно. Технический результат: повышение точности управления скоростью сканирования. 2 ил.

Description

Изобретение относится к сканирующей туннельной микроскопии и может быть использовано в зондовых микроскопах и приборах на их основе.
В сканирующей туннельной микроскопии наиболее распространены пилообразные сигналы развертки (сканирования) [А.С. №1453475, МПК Н 01 J 37/26. М.С.Хайкин. Сканирующий туннельный микроскоп], формируемые цифроаналоговым способом с помощью ЭВМ либо с помощью аналоговых генераторов. Недостатком пилообразных сигналов является то, что скорость сканирования поверхности при их использовании постоянна, а это ограничивает быстродействие микроскопа при исследовании плоских участков поверхности.
Так, например, известен туннельный микроскоп [Адамчук В.К., Ермаков А.В., Любинецкий И.В., Житомирский Г.А., Панич А.Е. Сканирующий туннельный микроскоп на основе монолитного пьезоэлемента крестообразного сечения // ПТЭ, - 1989. - №5. - С.182-184], в котором управление манипулятором острия в процессе сканирования осуществляется посредством двух генераторов линейной и кадровой развертки ГХ, ГY. Недостатком микроскопа является то, что работа генераторов развертки не зависит от сканируемого рельефа. В результате пологие и крутые участки исследуемой поверхности сканируются с одинаковой скоростью, что снижает производительность микроскопа.
Наиболее близким по составу и сущности к заявляемому является устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа [А.С. 1704191, МПК Н 01 J 37/00. В.Н.Горелов, В.И.Тарабуркин. Способ управления скоростью сканирования туннельного микроскопа и устройство для его осуществления]. Устройство содержит последовательно соединенные дифференциатор, формирователь модуля сигнала, дифференциальный усилитель, ограничитель, интегратор и блок управления переводом строки. При этом один из входов дифференциального усилителя соединен с выходом формирователя модуля сигнала, а другой - с источником сигнала установки. Устройство позволяет регулировать скорость горизонтального сканирования поверхности в зависимости от ее рельефа. Недостатком устройства является то, что между моментом определения скорости изменения рельефа поверхности и моментом выдачи управляющего сигнала, зависящего от этой скорости, имеется некоторый интервал времени. Он обусловлен задержкой сигнала при распространении по цепи устройства, т.е. затратами времени на осуществление операций дифференцирования, взятия модуля, ограничения, интегрирования. В результате в момент выдачи управляющего сигнала, соответствующего рельефу в определенной точке поверхности, острие микроскопа будет находиться уже в другой точке поверхности, с другим рельефом. Это означает, что управляющий сигнал будет постоянно запаздывать, за счет чего снизится точность регулирования скорости.
Задачей изобретения является повышение точности регулирования скорости сканирования туннельного микроскопа.
Задача решается тем, что в известное устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа, содержащее дифференциатор, формирователь модуля сигнала, дифференциальный усилитель, первым и вторым входами подключенный соответственно к выходам формирователя модуля и источнику сигнала установки, а выходом подключенный к цепи из последовательно соединенных ограничителя, интегратора и блока управления переводом строки, в которой выходы интегратора и блока управления переводом строки являются выходами строчной и кадровой развертки микроскопа соответственно, введены экстраполятор и источник величины интервала экстраполяции, при этом выход дифференциатора соединен с первым входом экстралолятора, второй вход которого подключен к источнику величины интервала экстраполяции, а выход подключен к формирователю модуля сигнала.
Устройство осуществляет управление скоростью сканирования поверхности в туннельном микроскопе в зависимости от скорости изменения высоты рельефа поверхности (крутизны профиля). Повышение точности обеспечивается тем, что после установления текущей крутизны профиля поверхности посредством экстраполяции определяется ее значение через промежуток времени, необходимый для формирования выходного управляющего сигнала, причем величина управляющего сигнала устанавливается уже в соответствии с экстраполированным значением крутизны. За счет этого скорость сканирования будет более точно соответствовать рельефу исследуемой поверхности.
На фиг.1 представлена схема устройства, а на фиг.2 - схема экстраполятора.
Устройство содержит дифференциатор 1, вход которого соединен с системой стабилизации высоты острия туннельного микроскопа, а выход с первым входом экстраполятора 2. На второй вход экстраполятора 2 поступает сигнал с источника 3 величины интервала экстраполяции. Выход экстраполятора 2 соединен с формирователем 4 модуля сигнала, выход которого поступает на первый вход дифференциального усилителя 5. Второй вход элемента 5 соединен с источником сигнала установки 6, а выход с входом ограничителя 7. Выход ограничителя 7 соединен с интегратором 8, выходной сигнал подается на привод острия и блок 9 управления переводом строки.
Устройство работает следующим образом. Сигнал Z(t) с системы стабилизации туннельного зазора, соответствующий высоте рельефа поверхности, поступает на вход дифференциатора 1. Продифференцированный сигнал
Figure 00000002
поступает на вход экстраполятора 2, в котором посредством экстраполяции осуществляется коррекция величины
Figure 00000003
, с учетом динамики ее изменения за промежуток времени Δτ. Величина Δτ определяется интервалом времени, необходимым устройству для определения скорости сканирования, соответствующей входному сигналу Z(t). Возможное устройство блока 2 (для простейшего случая экстраполяции) представлено на фиг.2. Входной сигнал экстраполятора одновременно подается на дифференцирующее устройство 10 и элемент задержки 11. Сигнал с выхода блока 10 поступает на первый вход умножителя 12, второй вход которого соединен с источником 3 величины Δτ интервала экстраполяции. В результате на выходе блока 12 будет присутствовать сигнал, равный
Figure 00000004
. Время вычисления τв этого сигнала и постоянная времени элемента задержки 11 равны, поэтому на вход сумматора 13 одновременно поступают сигналы
Figure 00000004
и
Figure 00000003
. В результате на выходе сумматора 13 имеет место сигнал вида
Figure 00000005
, что соответствует экстраполированному значению скорости изменения высоты рельефа поверхности, через промежуток времени Δτ. Если интервал Δτ не слишком велик, то величина Z1(t) с достаточной достоверностью соответствует реальной крутизне профиля. Далее величина Z1(t) поступает на формирователь модуля сигнала 4, выходной сигнал которого сравнивается дифференциальным усилителем 5 с сигналом установки
Figure 00000006
источника 6. Выходной сигнал
Figure 00000007
с усилителя 5 (при единичном коэффициенте усиления) поступает на ограничитель 7, который (аналогично ограничителю прототипа [3]) осуществляет преобразование следующего типа:
Figure 00000008
Figure 00000009
где
Figure 00000010
- крутизна профиля строки;
Figure 00000006
- быстродействие привода острия микроскопа при перемещении в вертикальном направлении Z;
Figure 00000011
- быстродействие привода острия микроскопа при перемещении в плоскости сканирования XY. Скорость сканирования на выходе блока 7 ограничена либо величиной
Figure 00000012
, либо величиной, соответствующей максимальной скорости движения острия в вертикальном направлении. В результате на пологом участке поверхности скорость сканирования будет максимальна, а на крутом участке она будет находиться на уровне, достаточном для максимально быстрого вертикального перемещения острия в соответствии со сканируемым рельефом.
Сигнал с выхода ограничителя 7, соответствующий скорости сканирования, поступает на интегратор 8. Выходной сигнал x(t) с интегратора 8 управляет приводом сканирования по оси Х и блоком управления переводом строки 9, который управляет перемещением острия вдоль оси Y.
Таким образом, использование в устройстве экстраполятора позволяет определять величину изменения крутизны профиля поверхности за промежуток времени, необходимый для вычисления управляющего воздействия, устанавливать это управляющее воздействие с учетом изменений крутизны профиля и повысить за счет этого точность управления скоростью сканирования.

Claims (1)

  1. Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа, содержащее дифференциатор, формирователь модуля сигнала, дифференциальный усилитель, первым и вторым входами подсоединенный соответственно к выходам формирователя модуля и источнику сигнала установки, а выходом подключенный к цепи из последовательно соединенных ограничителя, интегратора и блока управления переводом строки, в которой выходы интегратора и блока управления переводом строки являются выходами строчной и кадровой развертки микроскопа соответственно, отличающееся тем, что в него введены экстраполятор и источник величины интервала экстраполяции, при этом выход дифференциатора соединен с первым входом экстраполятора, второй вход которого подключен к источнику величины интервала экстраполяции, а выход подсоединен к формирователю модуля сигнала.
RU2004123740/28A 2004-08-02 2004-08-02 Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа RU2269803C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004123740/28A RU2269803C1 (ru) 2004-08-02 2004-08-02 Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004123740/28A RU2269803C1 (ru) 2004-08-02 2004-08-02 Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2269803C1 true RU2269803C1 (ru) 2006-02-10

Family

ID=36050044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004123740/28A RU2269803C1 (ru) 2004-08-02 2004-08-02 Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269803C1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2566794B2 (ja) 走査型トンネル顕微鏡の測定方法
US5323003A (en) Scanning probe microscope and method of observing sample by using such a microscope
JP2001276986A (ja) レーザ加工装置及び方法
CN106735865A (zh) 一种基于闭环控制的超快激光加工系统及方法
RU2269803C1 (ru) Устройство управления скоростью сканирования туннельного микроскопа
CN104937468A (zh) 图像取得装置以及图像取得装置的聚焦方法
Zhang et al. Real-time scan speed control of the atomic force microscopy for reducing imaging time based on sample topography
JPWO2008029561A1 (ja) 走査型プローブ顕微鏡およびアクティブダンピング駆動制御装置
CN104199186A (zh) 一种具有对象频率特性补偿功能的压电倾斜镜高压驱动器
JP2003014605A (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JPH03180702A (ja) 走査制御方法
JP3234109B2 (ja) プロセス制御装置
US20050004686A1 (en) Servo control apparatus control method
CN1106327A (zh) 电火花加工机床的神经网络快速进给控制装置
Ladenburger et al. Design and Implementation of a Plug-In Repetitive Controller for a High Precision Axis System
JP2002188988A (ja) 走査型プローブ顕微鏡
CN111001932B (zh) 恒温焊接激光控制器
CN108009995B (zh) 一种基于图像的迟滞模型校正afm扫描图像迟滞的方法
SU983657A1 (ru) Способ регулировани положени петли при непрерывных процессах и устройство дл регулировани петли при непрерывных процессах
RU2428655C2 (ru) Способ ускорения измерения рельефа поверхности для сканирующего зондового микроскопа
Nakakuki et al. Nonlinear robust stage control of atomic force microscope
JPH04104001A (ja) 表示制御装置
Kuntsevich Features of the Spatial-Energy Profile of the Signal Recorded by Active-Pulse Vision Systems with the Noise Threshold Energy Taken into Account
JPH06241716A (ja) 走査型トンネル顕微鏡のサーボ制御装置
JP2547336B2 (ja) 電子ビームによる電位測定方法および装置

Legal Events

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

Effective date: 20060803