RU2271583C1 - Cryogenic scanning probing microscope - Google Patents

Cryogenic scanning probing microscope Download PDF

Info

Publication number
RU2271583C1
RU2271583C1 RU2004126979/28A RU2004126979A RU2271583C1 RU 2271583 C1 RU2271583 C1 RU 2271583C1 RU 2004126979/28 A RU2004126979/28 A RU 2004126979/28A RU 2004126979 A RU2004126979 A RU 2004126979A RU 2271583 C1 RU2271583 C1 RU 2271583C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
platform
flange
rods
screw
springs
Prior art date
Application number
RU2004126979/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Божко (RU)
Сергей Иванович Божко
Виктор Александрович Быков (RU)
Виктор Александрович Быков
Сергей Алексеевич Саунин (RU)
Сергей Алексеевич Саунин
Дмитрий Юрьевич Соколов (RU)
Дмитрий Юрьевич Соколов
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 RU2004126979/28A priority Critical patent/RU2271583C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2271583C1 publication Critical patent/RU2271583C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment engineering, in particular, engineering of devices for researching samples at atomic level under conditions of extremely low temperatures.
SUBSTANCE: cryogenic scanning probing microscope has first flange, on which rotation drive with rod is mounted, and also linear drive with first holder, directing device, second flange, vibration protection system, probe holder with probe and sample holder with sample. Directing device is made in form of rods. Rods have spherical end pieces and are held on first flange and connected to second flange. Rods are mated with catchers. Catchers are held on first platform with possible mating with spherical end pieces vibration protection system is connected to analyzing block. Analyzing block is made in form of first, second and third platforms. First platform is fixedly connected to second platform. Third platform is mounted on second platform by means of supports with spherical end pieces. Spherical end pieces are mated with V-shaped guides, positioned in third platform. Screw with spherical pusher by its smooth surface is mated with first platform.
EFFECT: improved precision of measurements and reliability of device operation.
6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к приборам для исследования образцов на атомарном уровне в условиях сверхнизких температур.The invention relates to measuring equipment, and more particularly to devices for the study of samples at the atomic level in ultra-low temperatures.

Известна криогенная высоковакуумная установка для проведения сканирующей туннельной микроскопии [1]. Конструкция СТМ предполагает использование шагового пьезодвигателя, что приводит к недостаточной надежности работы устройства, кроме этого, описанная конструкция содержит недостаточную систему виброзащиты, что снижает точностные характеристики прибора.Known cryogenic high-vacuum installation for conducting scanning tunneling microscopy [1]. The design of the STM involves the use of a stepper piezoelectric motor, which leads to insufficient reliability of the device, in addition, the described design contains an insufficient vibration protection system, which reduces the accuracy of the device.

Известен также криогенный сканирующий зондовый микроскоп [2], содержащий первый фланец, на котором установлены привод вращения со штоком и блоком передачи вращения, а также линейный привод с первым захватом и второй фланец, соединенный с первым фланцем, блок анализа, сопряженный посредством виброзащиты со вторым фланцем. Ориентирующее устройство в виде стержней с иглообразными наконечниками, закрепленными на блоке анализа и сопряженными с ловителями, установленными на втором фланце второго захвата, установленного на блоке анализа и сопряженного с первым захватом, при этом блок анализа, содержащий держатель зонда с зондами, держатель образца с образцом, выполнен в виде первой платформы, неподвижно соединенной со второй платформой посредством двух опор с шаровыми наконечниками, закрепленными на третьей платформе и сопряженными со второй платформой, посредством винта с шаровым толкателем, установленным подвижно на второй платформе и сопряженным с блоком передачи вращения, а также вторых пружин, соединенных со второй и третьей платформами.Also known is a cryogenic scanning probe microscope [2] containing a first flange on which a rotation drive with a rod and a rotation transmission unit is mounted, as well as a linear drive with a first grip and a second flange connected to the first flange, an analysis unit coupled by means of vibration protection to the second flange. An orienting device in the form of rods with needle-shaped tips mounted on the analysis unit and paired with catchers installed on the second flange of the second grip mounted on the analysis unit and mated to the first grip, the analysis unit containing a probe holder with probes, a sample holder with a sample , made in the form of a first platform, motionlessly connected to the second platform by means of two supports with spherical tips mounted on the third platform and mated to the second platform, pos COROLLARY screw with ball pusher movably mounted on the second platform and mating with the rotation transfer unit, and second springs connected to the second and third platforms.

Недостатки описанного устройстваThe disadvantages of the described device

Выполнение стержней ориентирующего устройства с игольчатыми наконечниками и закрепление их на блоке анализа ухудшают ориентацию блока анализа при предварительном сближении зонда с образцом, что может вызвать перенос и заклинивание в цепи от привода вращения до винта. Использование виброзащиты между вторым фланцем и блоком анализа за счет ее недостаточной длины ухудшает ее характеристики и точность измерений.The execution of the rods of the orienting device with needle tips and fixing them to the analysis unit worsens the orientation of the analysis unit when the probe comes closer to the sample, which can cause transfer and jamming in the circuit from the rotation drive to the screw. The use of vibration protection between the second flange and the analysis unit due to its insufficient length degrades its characteristics and measurement accuracy.

Установка двух опор на третьем фланце ухудшает резонансные характеристики устройства и также точность измерений.The installation of two supports on the third flange affects the resonance characteristics of the device and also the accuracy of the measurements.

Установка винта на второй платформе и его сопряжение с блоком передачи вращения, размещенным на первой платформе, может вызвать перенос блока и заклинивание винта при его движении.Installing the screw on the second platform and pairing it with the rotation transmission unit located on the first platform can cause the block to be transferred and the screw to jam when it moves.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений и надежности работы устройства.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurements and the reliability of the device.

Указанный технический результат заключается в том, что в криогенном сканирующем зондовом микроскопе, содержащем первый фланец, на котором установлены привод вращения со штоком, а также линейный привод с первым захватом, ориентирующее устройство в виде стержней, сопряженных с ловителями, второй фланец, систему виброзащиты, соединенную первыми концами первых пружин с блоком анализа, сопряженным вторым захватом с первым захватом, содержащим держатель зонда с зондом и держатель образца с образцом и выполненным в виде первой платформы, неподвижно соединенной со второй платформой, и третьей платформы, подвижно соединенной со второй платформой посредством двух опор с шаровыми наконечниками, винта со шлицом, сопряженным с блоком передачи вращения с шаровым толкателем, установленным подвижно на второй платформе и сопряженного с третьей платформой, а также вторых пружин, соединенных со второй и третьей платформами, стержни ориентирующего устройства имеют шаровые наконечники, закреплены на первом фланце и соединены со вторым фланцем, ловители конусного типа закреплены на первой платформе блока анализа с возможностью сопряжения с шаровыми наконечниками, система виброзащиты вторыми концами первых пружин соединена с первым фланцем, две опоры установлены на втором фланце и сопряжены шаровыми наконечниками с V-образной направляющей, расположенной в третьей платформе, а винт с шаровым толкателем гладкой поверхностью сопряжен с первой платформой.The indicated technical result consists in the fact that in a cryogenic scanning probe microscope containing a first flange on which a rotation drive with a rod is mounted, as well as a linear drive with a first grip, an orienting device in the form of rods paired with catchers, a second flange, a vibration protection system, connected by the first ends of the first springs to the analysis unit, paired with a second grip with a first grip comprising a probe holder with a probe and a sample holder with a sample and made in the form of a first platform movably connected to the second platform, and the third platform, movably connected to the second platform by means of two bearings with spherical tips, a screw with a slot connected to the rotation transmission unit with a ball pusher mounted movably on the second platform and interfaced with the third platform, as well as the second springs connected to the second and third platforms, the rods of the orienting device have spherical tips, are fixed on the first flange and connected to the second flange, cone-type catchers are fixed on the first the second platform of the analysis unit with the possibility of interfacing with spherical tips, the vibration protection system with the second ends of the first springs is connected to the first flange, two supports are mounted on the second flange and are interfaced with spherical tips with a V-shaped guide located in the third platform, and the screw with a ball pusher has a smooth surface paired with the first platform.

Существуют варианты, в которых блок передачи вращения выполнен в виде упругого штифта, закрепленного в штоке и сопряженного со шлицем винта, первые пружины системы виброзащиты соединены с первым фланцем посредством первых зацепов и витонового переходника, с первой платформой блока анализа посредством вторых зацепов, при этом вторые пружины соединены со второй и третьей платформами третьими и четвертыми зацепами, V-образные направляющие выполнены из твердых вставок, третья платформа содержит пластину из твердого материала, сопряженную с шаровым толканием винта, причем винт, первый, второй, третий и четвертый зацепы, твердые вставки, а также пластина из твердого материала выполнены из материалов с низкой теплопроводностью.There are options in which the rotation transmission unit is made in the form of an elastic pin fixed in the rod and mated with a screw slot, the first springs of the vibration protection system are connected to the first flange by means of the first hooks and a Viton adapter, with the first platform of the analysis unit by means of second hooks, while the second springs are connected to the second and third platforms by third and fourth hooks, V-shaped guides are made of solid inserts, the third platform contains a plate of solid material, conjugated with a ball push of the screw, the screw, the first, second, third and fourth hooks, solid inserts, and also a plate of solid material made of materials with low thermal conductivity.

Возможны также варианты, где стержни выполнены пустотелыми, а твердые вставки V-образных направляющих и пластина изготовлены из сапфира.There are also options where the rods are hollow, and the solid inserts of the V-shaped guides and the plate are made of sapphire.

На фиг.1 изображен криогенный сканирующий зондовый микроскоп.Figure 1 shows a cryogenic scanning probe microscope.

На фиг.2 - вариант выполнения линейного привода.Figure 2 is an embodiment of a linear actuator.

На фиг.3 - вариант выполнения захвата.Figure 3 is an embodiment of the capture.

На фиг.4 представлена схема размещения КСЗМ в заливном криостате.Figure 4 presents the layout of the KSZM in the filling cryostat.

На фиг.5 - схема размещения КСЗМ в вакуумной камере.Figure 5 - layout of the KSZM in a vacuum chamber.

На фиг.6 - схема размещения КСЗМ в откачном криостате.Figure 6 - layout of the KSZM in pumping cryostat.

Криогенный сканирующий зондовый микроскоп содержит первый фланец 1, на котором посредством системы виброзащиты, содержащей первые зацепы 2, переходники 3, первые пружины 4 и вторые зацепы 5, установлен блок анализа 6. В качестве переходников 5 могут быть использованы витоновые кольца. Блок анализа 6 выполнен в виде первой 7, второй 8 и третьей 9 платформ. Причем первая 7 и вторая 8 платформы соединены посредством стоек 10. В зависимости от конкретного конструктивного использования могут быть использованы две или, например, три стойки 10. На второй платформе 8 закреплен сканер 11 с держателем зонда 12 зонда 13. Третья платформа 9 установлена на второй платформе 8 посредством опор 14 с шаровыми наконечниками 15 и с использованием винта 16 с шаровым толканием 17, сопряженного с гайкой 18. Опоры 14 и гайка 18 закреплены на платформе 8.The cryogenic scanning probe microscope contains a first flange 1, on which an analysis unit 6 is installed by means of a vibration protection system containing first hooks 2, adapters 3, first springs 4 and second hooks 5. Viton rings can be used as adapters 5. The analysis unit 6 is made in the form of the first 7, second 8 and third 9 platforms. Moreover, the first 7 and second 8 platforms are connected by racks 10. Depending on the specific structural use, two or, for example, three racks 10 can be used. A scanner 11 with a probe holder 12 of the probe 13 is mounted on the second platform 8. The third platform 9 is mounted on the second platform 8 by means of supports 14 with spherical tips 15 and using a screw 16 with ball pushing 17, coupled with a nut 18. Support 14 and nut 18 are mounted on the platform 8.

На третьей платформе 9 могут быть расположены V-образные направляющие 19 и пластина 20, выполненная, например, из поликора, твердого сплава или сапфира. Третья платформа 9 поджата ко второй платформе 8 вторыми пружинами 21 с использованием третьих 22 и четвертых зацепов 23.On the third platform 9 can be located V-shaped guides 19 and the plate 20, made, for example, of polycor, hard alloy or sapphire. The third platform 9 is tightened to the second platform 8 by the second springs 21 using the third 22 and fourth hooks 23.

Держатель образца 24 с образцом 25 могут быть установлены на третьей платформе 9 путем клея, пружинных лапок (не показаны) и т.п.The sample holder 24 with the sample 25 can be installed on the third platform 9 by glue, spring tabs (not shown), etc.

Винт 16 с гайкой 18 и первый шток 26, установленный с возможностью взаимодействия с винтом 16 и сопряженный муфтой 27 с приводом вращения 28, представляют собой механизм предварительного сближения зонда 13 с образцом 25. В качестве привода вращения 28 можно использовать шаговый двигатель. Винт 16 со штоком 26 могут быть сопряжены посредством шлица 29 и блока передачи вращения 30. На первом фланце 1 закреплены стержни 31 с шаровыми наконечниками 32, соединенные со вторым фланцем 33 и расположенные с возможностью взаимодействия с конусными ловителями 34, закрепленными с возможностью котировочной подвижки по платформе 7 (например, в зазорах установочных винтов (не показаны)).A screw 16 with a nut 18 and a first rod 26, mounted to interact with the screw 16 and paired with a coupling 27 with a rotation drive 28, are a mechanism for preliminary approach of the probe 13 with the sample 25. As a rotation drive 28, a stepper motor can be used. The screw 16 with the rod 26 can be interfaced by means of a slot 29 and a rotation transmission unit 30. On the first flange 1, rods 31 are fixed with spherical tips 32 connected to the second flange 33 and arranged to interact with cone catchers 34, which are fixed with the possibility of quotation movement platform 7 (for example, in the gaps of the set screws (not shown)).

На фланце 1 установлен линейный привод 35 со штангой 36, расположенной в отверстии 37 фланца 33, и содержащий первый захват 38, разъемно сопряженным со вторым захватом 39, закрепленным на первой платформе 7. Сканер 11, зонд 13 и в некоторых случаях образец 25 подключены к разъему 40.A linear actuator 35 is installed on the flange 1 with a rod 36 located in the hole 37 of the flange 33 and containing a first grip 38 detachably mated to a second grip 39 mounted on the first platform 7. The scanner 11, probe 13 and, in some cases, sample 25 are connected to connector 40.

Шток 26 и штанга 36 герметизированы во фланце 1 посредством, например, фторопластовых уплотнений.The rod 26 and the rod 36 are sealed in the flange 1 by, for example, fluoroplastic seals.

Разъем 40 и привод вращения 28 подключены к блоку управления (не показан).The connector 40 and the rotation drive 28 are connected to a control unit (not shown).

Более подробно СЗМ и его элементы описаны в работах [3-5].SPM and its elements are described in more detail in [3-5].

Вариант выполнения линейного привода 35 (фиг.2) может содержать в виде корпуса 41, в котором установлена штанга 36 со штифтом 42, расположенным с возможностью взаимодействия с пазами 43, выполненными в корпусе 41. Винт 44 имеет резьбовое соединение со штоком 36.An embodiment of a linear actuator 35 (FIG. 2) may comprise a housing 41 in which a rod 36 is mounted with a pin 42 arranged to interact with grooves 43 made in the housing 41. The screw 44 has a threaded connection with the rod 36.

Вариант выполнения блока передачи вращения (фиг.3) может содержать упругий штифт 45, закрепленный в штоке 26, расположенный с возможностью взаимодействия с пазом 29 винта 16.An embodiment of the rotation transmission unit (FIG. 3) may include an elastic pin 45 fixed in the rod 26, arranged to interact with the groove 29 of the screw 16.

В заливном криостате 46 (фиг.4) КСЗМ 47 размещают непосредственно в жидком гелии или азоте, залитом в емкость 48, соединенной с системами подвода 49 и отвода 50.In the filler cryostat 46 (figure 4) KSZM 47 is placed directly in liquid helium or nitrogen, filled in a tank 48, connected to the supply system 49 and outlet 50.

В вакуумной камере 51 (фиг.5) КСЗМ 47, расположенный в непосредственной близости от криогенного ввода 52 (см., например, [6]), соединен с ним гибкими хладопроводами 53, выполненными, например, из жгута медной проволоки. Следует заметить, что в вакуумной камере 51 целесообразно использовать в КСЗМ измеритель температуры 54 и нагреватель 55, подключенные к блоку управления (не показан).In the vacuum chamber 51 (FIG. 5), the KSZM 47, located in the immediate vicinity of the cryogenic input 52 (see, for example, [6]), is connected to it by flexible cold leads 53 made, for example, from a bundle of copper wire. It should be noted that in the vacuum chamber 51, it is advisable to use a temperature meter 54 and a heater 55 connected to a control unit (not shown) in the CMS.

В откачном криостате 56 (фиг.6) КСЗМ 47 расположен в емкости 57 с, например, гелием, соединенной с системой подвода 58 и откачки 59 хладогента. В этом случае также можно измеритель 54 и нагреватель 55.In the pumping cryostat 56 (Fig.6) KSZM 47 is located in a tank 57 with, for example, helium connected to the supply system 58 and pumping 59 of the refrigerant. In this case, it is also possible meter 54 and heater 55.

Более подробно конструкции криостатов описаны в [7-10].Cryostat designs are described in more detail in [7–10].

Устройство работает следующим образом. Закрепляют образец 25 на держателе 24 и, соответственно, держатель 24 на платформе 9. Устанавливают зонд 13 в держателе 12 сканера 11. После этого фланец 1 с анализирующим блоком 6 помещают в криостат и формируют требуемую температуру зоны измерений. Используя линейный привод 35 и захваты 38 и 39, поднимают блок 6 и осуществляют его ориентацию ловителями 34 на стержнях 31. При этом шлиц 29 винта 16 сопрягается с блоком передачи вращения 30 штока 26. Включают привод 28 и осуществляют перемещение винта 16 относительно платформы 8. Платформа 9, перемещаясь на опорах 14, осуществляет сближение образца 25 с зондом 13. После этого, используя привод 35 рассоединяют захваты 38 и 39, при этом, соответственно, размыкаются ловители 34 и стержни 31, а также шлиц 29 и блок 30. В результате блок 6 оказывается подвешенным на пружинах 4. После этого осуществляют сканирование зондом 13 образца 25 и, соответственно, анализ его поверхности (подробнее работу СЗМ см. в [3-5]).The device operates as follows. Fix the sample 25 on the holder 24 and, accordingly, the holder 24 on the platform 9. Install the probe 13 in the holder 12 of the scanner 11. After that, the flange 1 with the analysis unit 6 is placed in a cryostat and the required temperature of the measurement zone is formed. Using a linear actuator 35 and the grippers 38 and 39, raise the block 6 and carry out its orientation by the catchers 34 on the rods 31. In this case, the slot 29 of the screw 16 mates with the transmission transmission unit 30 of the rod 26. The drive 28 is turned on and the screw 16 is moved relative to the platform 8. The platform 9, moving on the supports 14, makes the sample 25 approach the probe 13. After that, using the drive 35, the grippers 38 and 39 are disconnected, while, respectively, the catchers 34 and the rods 31, as well as the slot 29 and the block 30 are opened. As a result block 6 is suspended from a spring nach 4. Thereafter, the probe 13 scans the sample 25, and accordingly, the analysis of its surface (more work SPM see Ref. [3-5]).

Существует несколько вариантов исполнения отдельных элементов КСЗМ, в зависимости от типа используемого криостата.There are several options for the execution of individual elements KSZM, depending on the type of cryostat used.

В первом случае образец 25 (фиг.4) и зонд 13 могут быть расположены в заливном криостате 46 непосредственно в жидком гелии или азоте. В этом случае целесообразно минимизировать теплоотвод в направлении фланца 1. Для этого первые 2, вторые 5, третьи 22 и четвертые 23 (фиг.1) зацепы, ловители 34, а также направляющие 19 и пластины 20 должны быть выполнены из материала с низкой теплопроводностью. Для зацепов это может быть керамика, а для ловителей 34, направляющих 19 и пластины 20 - поликор. Кроме этого, шток 26, штанга 36, стойки 10, а также винт 16 и опоры 14 могут быть выполнены из тонкостенных нержавеющих трубок. Шаровые опоры 15 и 32 в этом случае могут быть изготовлены из шариков. Теплопроводностью шариков можно пренебречь и изготовить их из стали с целью увеличения долговечности контактов поликор-сталь. Следует заметить, что указанное исполнение деталей целесообразно также в случае размещения КСЗМ в вакуумной камере 51 (фиг.5) и охлаждения платформы 9 с образцом 25 гибкими хладопроводами 53, соединенными с криогенным вводом 52. Нагреватель 55 позволяет регулировать температуру измеряемого объекта, которая фиксируется измерителем 54.In the first case, the sample 25 (figure 4) and the probe 13 can be located in the filling cryostat 46 directly in liquid helium or nitrogen. In this case, it is advisable to minimize heat dissipation in the direction of flange 1. For this, the first 2, second 5, third 22 and fourth 23 (Fig. 1) hooks, catchers 34, as well as guides 19 and plates 20 should be made of a material with low thermal conductivity. For hooks this can be ceramic, and for catchers 34, guides 19 and plates 20, polycor. In addition, the rod 26, the rod 36, the rack 10, as well as the screw 16 and the supports 14 can be made of thin-walled stainless tubes. Ball bearings 15 and 32 in this case can be made of balls. The thermal conductivity of the balls can be neglected and made of steel in order to increase the durability of the polycor-steel contacts. It should be noted that the specified performance of the parts is also advisable in the case of placement of the SCPS in the vacuum chamber 51 (Fig. 5) and cooling of the platform 9 with the sample 25 with flexible cold leads 53 connected to the cryogenic input 52. The heater 55 allows you to adjust the temperature of the measured object, which is fixed by the meter 54.

Если КСЗМ размещают в откачном криостате 56 (фиг.6) и охлаждение зоны измерений осуществляется парами, например гелия, возможен нежелательный теплоотвод со стороны платформы 9. В этом случае более разумно осуществить отвод тепла от платформы 9 к центру КСЗМ. При этом опоры 14 (фиг.1) и винт 16 могут быть не пустотелыми, а направляющие 19 и пластина 20 изготовлены из сапфира, имеющего высокую теплопроводность при низких температурах.If KSZM placed in the pumping cryostat 56 (Fig.6) and the cooling of the measurement zone is carried out in pairs, for example helium, undesirable heat removal from the platform 9 is possible. In this case, it is more reasonable to carry out heat removal from the platform 9 to the center of the KSZM. In this case, the supports 14 (Fig. 1) and the screw 16 may not be hollow, and the guides 19 and the plate 20 are made of sapphire having high thermal conductivity at low temperatures.

Выполнение стержней ориентирующего устройства с шаровыми наконечниками, закрепление их на первом фланце и соединение их со вторым фланцем, выполнение ловителей конусными и закрепление их на первой платформе с возможностью сопряжения с шаровыми наконечниками повышает точность ориентации блока анализа для процесса предварительного сближения зонда и образца и, соответственно, надежность работы устройства. Оптимальное предварительное сближение в середину диапазона сканера повышает точность измерений (см. подробно [3, 4]).The execution of the rods of the orienting device with spherical tips, their fastening on the first flange and their connection with the second flange, the execution of conical catchers and their fastening on the first platform with the possibility of pairing with spherical tips increases the orientation accuracy of the analysis unit for the preliminary approach of the probe and the sample and, accordingly , the reliability of the device. An optimal preliminary approach to the middle of the scanner range increases the accuracy of measurements (see details [3, 4]).

Соединение блока анализа с первым фланцем пружинами позволяет увеличивать их длину, уменьшает жесткость, уменьшает резонансную частоту устройства и, соответственно, повышает точность и надежность работы устройства. (Подробнее влияние резонансной частоты на точность измерений см. в [5]).The connection of the analysis unit with the first flange by the springs allows to increase their length, reduces stiffness, reduces the resonant frequency of the device and, accordingly, increases the accuracy and reliability of the device. (For more details on the effect of the resonant frequency on the measurement accuracy, see [5]).

Установка двух опор на втором фланце и сопряжение их шаровыми наконечниками с V-образной направляющей увеличивает резонансную частоту устройства и, соответственно, повышает точность и надежность его работы. Одновременно V-образная направляющая позволяет осуществлять точную однокоординатную подвижку внешним устройством третьей платформы относительно второй, что расширяет функциональные возможности устройства.The installation of two supports on the second flange and pairing them with spherical tips with a V-shaped guide increases the resonant frequency of the device and, accordingly, increases the accuracy and reliability of its operation. At the same time, the V-shaped guide allows precise single-axis movement by an external device of the third platform relative to the second, which extends the functionality of the device.

Сопряжение гладкой поверхности винта с первой платформой улучшает его ориентацию при предварительном сближении зонда с образцом и повышает надежность сближения.The pairing of the smooth surface of the screw with the first platform improves its orientation during preliminary approach of the probe to the sample and increases the reliability of approach.

Выполнение блока передачи вращения в виде упругого штифта повышает надежность сближения зонда с образцом.The execution of the rotation transmission unit in the form of an elastic pin increases the reliability of the proximity of the probe with the sample.

Выполнение элементов КСЗМ с низкой теплопроводностью уменьшает теплоотвод от зоны измерений и стабилизируют ее температуру.The implementation of the KSZM elements with low thermal conductivity reduces the heat sink from the measurement zone and stabilizes its temperature.

Низкая теплопроводность материала наиболее часто связана с его пористостью, а это, соответственно, изменяет полосу пропускания частот внешних колебаний, что улучшает виброзащиту устройства.Low thermal conductivity of the material is most often associated with its porosity, and this, accordingly, changes the passband of the frequencies of external vibrations, which improves the vibration protection of the device.

Использование витоновых переходников позволяет также одновременно и уменьшать передачу темпа и изменять полосу пропускания внешних частот.The use of Viton adapters can also simultaneously reduce the tempo transmission and change the bandwidth of external frequencies.

Выполнение стержней пустотелыми позволяет в отдельных случаях работать без использования системы виброзащиты. Это может быть необходимым в случае использования предложенного устройства при фотостимуляции зоны измерений внешним источником излучения, что потребует ориентированной установки КСЗМ.The execution of the rods hollow allows in some cases to work without the use of vibration protection. This may be necessary in the case of using the proposed device for photostimulation of the measurement zone by an external radiation source, which will require an oriented installation of a CPSM.

Изготовление твердых вставок V-образных направляющих и пластины из сапфира, имеющего коэффициент теплопроводности при низких температурах, соизмеримый с медью, позволяет оптимально использовать предложенное устройство в откачных криостатах, что расширяет его функциональные возможности.The manufacture of solid inserts of V-shaped guides and a sapphire plate having a coefficient of thermal conductivity at low temperatures, comparable with copper, makes it possible to optimally use the proposed device in pumping cryostats, which expands its functionality.

ЛитератураLiterature

1. Криогенная высоковакуумная установка для проведения сканирующей туннельной микроскопии. И.Н.Хлюстиков, B.C.Эдельман.1. Cryogenic high-vacuum installation for scanning tunneling microscopy. I.N. Khlyustikov, B.C. Edelman.

2. Патент US 5410910, G 01 B 5/28, 1995.2. Patent US 5410910, G 01 B 5/28, 1995.

ПТЭ, 1996 г., №1 с.158-165.PTE, 1996, No. 1 p. 158-165.

3. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков Сенсорные системы т.12, 31, 1998 г., с.99-121.3. Probe microscopy for biology and medicine. V.A. Bykov Sensory systems vol. 12, 31, 1998, pp. 99-121.

4. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхностью А.И.Данилов, Успехи химии 64 (8), 1995 г., с.818-833.4. Scanning tunneling and atomic force microscopy in surface electrochemistry A.I. Danilov, Advances in Chemistry 64 (8), 1995, p. 818-833.

5. Scanning tunneling microscope instrumentation. Y. Kyk, P. Sulverman. Rev. Sci. Instrum. 60 (1989), No.2, 165-180.5. Scanning tunneling microscope instrumentation. Y. Kyk, P. Sulverman. Rev. Sci. Instrum. 60 (1989), No.2, 165-180.

6. Патент US 4162401, G 01 N 23/00, 1979 г.6. Patent US 4162401, G 01 N 23/00, 1979.

7. Патент US 3747365, F 25 B 19/00, 1973 г.7. Patent US 3747365, F 25 B 19/00, 1973.

8. Патенти US 4689970, F 25 B 19/00, 1987 г.8. Patents US 4689970, F 25 B 19/00, 1987

9. Патенти US 5735127, F 25 В 9/00, 1988 г.9. Patents US 5735127, F 25 B 9/00, 1988

10. Патент US4 689970, F 25 B 19/00, 1987 г.10. Patent US4 689970, F 25 B 19/00, 1987

Claims (6)

1. Криогенный сканирующий зондовый микроскоп, содержащий первый фланец, на котором установлены привод вращения со штоком, а также линейный привод с первым захватом, ориентирующее устройство в виде стержней, сопряженных с ловителями, второй фланец, систему виброзащиты, соединенную первыми концами первых пружин с блоком анализа, который сопряжен вторым захватом с первым захватом, содержит держатель зонда с зондом, держатель образца с образцом и выполнен в виде первой платформы, неподвижно соединенной со второй платформой, и третьей платформы, подвижно соединенной со второй платформой посредством двух опор с шаровыми наконечниками, винта со шлицом, сопряженным с блоком передачи вращения с шаровым толкателем, установленным подвижно на второй платформе, и сопряженного с третьей платформой, а также вторых пружин, соединенных со второй и третьей платформами, отличающийся тем, что стержни ориентирующего устройства имеют шаровые наконечники, закреплены на первом фланце и соединены со вторым фланцем, ловители конусного типа закреплены на первой платформе с возможностью сопряжения с шаровыми наконечниками, система виброзащиты вторыми концами первых пружин соединена с первым фланцем, третья платформа установлена на второй платформе посредством опор с шаровыми наконечниками, сопряженными с V-образными направляющими, расположенными в третьей платформе, а винт с шаровым толкателем гладкой поверхностью сопряжен с первой платформой.1. A cryogenic scanning probe microscope containing a first flange on which a rotation drive with a rod is mounted, as well as a linear drive with a first grip, an orienting device in the form of rods paired with catchers, a second flange, a vibration protection system connected by the first ends of the first springs to the block analysis, which is associated with the second capture with the first capture, contains a probe holder with a probe, a sample holder with a sample and is made in the form of a first platform fixedly connected to the second platform, and a third platform we are movably connected to the second platform by means of two bearings with spherical tips, a screw with a slot connected to the rotation transmission unit with a ball pusher mounted movably on the second platform, and interfaced with the third platform, as well as second springs connected to the second and third platforms characterized in that the rods of the orienting device have spherical tips fixed on the first flange and connected to the second flange, cone-type catchers are fixed on the first platform with the possibility of pairing with ball tips, the vibration protection system with the second ends of the first springs is connected to the first flange, the third platform is mounted on the second platform by bearings with ball tips paired with V-shaped guides located in the third platform, and a screw with a ball pusher with a smooth surface is mated to the first platform. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок передачи вращения выполнен в виде упругого штифта, закрепленного в штоке и сопряженного со шлицом винта, с низкой теплопроводностью.2. The device according to claim 1, characterized in that the rotation transfer unit is made in the form of an elastic pin fixed in the rod and mated with a slot of a screw with low thermal conductivity. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые пружины системы виброзащиты соединены с первым фланцем посредством первых зацепов и винтового переходника, а с первой платформой блока анализа посредством вторых зацепов, причем первые и вторые зацепы выполнены из материала с низкой теплопроводностью.3. The device according to claim 1, characterized in that the first springs of the vibration protection system are connected to the first flange by means of first hooks and a screw adapter, and to the first platform of the analysis unit by means of second hooks, the first and second hooks being made of material with low thermal conductivity. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вторые пружины соединены со второй и третьей платформами третьими и четвертыми зацепами с низкой теплопроводностью, V-образные направляющие выполнены из твердых вставок с низкой теплопроводностью, третья платформа содержит пластину из твердого материала с низкой теплопроводностью, сопряженную с шаровым толкателем винта.4. The device according to claim 1, characterized in that the second springs are connected to the second and third platforms by third and fourth hooks with low thermal conductivity, V-shaped guides are made of solid inserts with low thermal conductivity, the third platform contains a plate of solid material with low thermal conductivity coupled to the ball propeller. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержни выполнены пустотелыми.5. The device according to claim 1, characterized in that the rods are hollow. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что твердые вставки V-образных направляющих и пластина изготовлены из сапфира.6. The device according to claim 4, characterized in that the solid insert V-shaped guides and the plate are made of sapphire.
RU2004126979/28A 2004-09-09 2004-09-09 Cryogenic scanning probing microscope RU2271583C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126979/28A RU2271583C1 (en) 2004-09-09 2004-09-09 Cryogenic scanning probing microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126979/28A RU2271583C1 (en) 2004-09-09 2004-09-09 Cryogenic scanning probing microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2271583C1 true RU2271583C1 (en) 2006-03-10

Family

ID=36116214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126979/28A RU2271583C1 (en) 2004-09-09 2004-09-09 Cryogenic scanning probing microscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2271583C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682995A (en) * 2019-01-21 2019-04-26 仪晟科学仪器(嘉兴)有限公司 A kind of scattering formula low-temperature scanning near-field optical microscope
US20220163400A1 (en) * 2019-04-26 2022-05-26 Seoul National University R&Db Foundation Probe system for low-temperature high-precision heat transport measurement and measurement device including same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682995A (en) * 2019-01-21 2019-04-26 仪晟科学仪器(嘉兴)有限公司 A kind of scattering formula low-temperature scanning near-field optical microscope
US20220163400A1 (en) * 2019-04-26 2022-05-26 Seoul National University R&Db Foundation Probe system for low-temperature high-precision heat transport measurement and measurement device including same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2159580B1 (en) Probe tip
EP2780689B1 (en) Probe tip heating assembly
US20090146055A1 (en) Apparatus for thermal control in the analysis of electronic devices
Bott et al. Design principles of a variable temperature scanning tunneling microscope
RU2271583C1 (en) Cryogenic scanning probing microscope
RU2572522C2 (en) Scanning probe microscope combined with device of object surface modification
JP6564390B2 (en) Self-correcting floating SIL tip
RU2427846C1 (en) Scanning probe microscope having nanotome
Schulz et al. Beetle‐like scanning tunneling microscope for ultrahigh vacuum and low‐temperature applications
EP3812760B1 (en) Flat plate sample holder expanding structure for use in vacuum
US10054613B2 (en) Scanning probe microscope combined with a device for modifying the surface of an object
EP2482080A1 (en) Scanning probe microscope combined with a device for modification of the object surface
Smith et al. New variable low‐temperature scanning tunneling microscope for use in ultrahigh vacuum
US8763161B2 (en) Zero thermal expansion, low heat transfer, variable temperature sample assembly for probe microscopy
Altfeder et al. Low‐temperature scanning tunneling microscope with a reliable piezoelectrical coarse approach mechanism
Davidsson et al. Design and operation of a low-temperature scanning tunneling microscope suitable for operation below 1 K
EP4001990A1 (en) Image capturing mechanism and sample analyzing device provided with image capturing mechanism
RU2258901C1 (en) Small-sized scanning probing microscope
JP7317963B2 (en) Low-drift system for instrumentation
RU2169440C2 (en) Heating device for scanning sonde microscopes
US8549661B2 (en) Apparatus for performing magnetic resonance force microscopy on large area samples
Lakhani et al. Design and operation of a versatile, ultrahigh vacuum, low temperature scanning probe microscope
RU2306524C1 (en) Multi-probe module for scanning microscope
US20240219423A1 (en) Portable probe card assembly
JPH10221280A (en) Heat conductivity measuring prove, heat conductivity measuring device, and its method

Legal Events

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

Effective date: 20120910