SU1520609A1 - Tunnel microscope - Google Patents

Tunnel microscope Download PDF

Info

Publication number
SU1520609A1
SU1520609A1 SU874381855A SU4381855A SU1520609A1 SU 1520609 A1 SU1520609 A1 SU 1520609A1 SU 874381855 A SU874381855 A SU 874381855A SU 4381855 A SU4381855 A SU 4381855A SU 1520609 A1 SU1520609 A1 SU 1520609A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
base
scanning
external
unit
piezoelectric element
Prior art date
Application number
SU874381855A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Войтенко
Александр Олегович Голубок
Дмитрий Николаевич Давыдов
Владимир Андреевич Тимофеев
Сергей Яковлевич Типисев
Original Assignee
Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
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 Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср filed Critical Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
Priority to SU874381855A priority Critical patent/SU1520609A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1520609A1 publication Critical patent/SU1520609A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к электронной технике, в частности к микрозондовым приборам, в которых дл  исследовани  поверхности используетс  тунельный ток. Цель изобретени  - уменьшение габаритов и упрощение конструкции туннельного микроскопа - достигаетс  за счет совмещени  функций сканировани  остри  и взаимного позиционировани  его относительно объектодержател  в одном конструктивном узле. Микроскоп содержит основание и термокомпенсированный узел сканировани  из двух трубчатых соосных пьезоэлементов. Узел взаимного позиционировани  образован путем закреплени  узла сканировани  в подвижном относительно основани  корпусе по свободному торцу внешнего пьезоэлемента. Корпус при этом зафиксирован относительно основани  силой трени , котора  больше усилий, возникающих при сканировании остри , и меньше усилий, развиваемых внешним пьезоэлементом, если к его электродам приложено пилообразное напр жение, и несимметричными фронтами импульсов. 2 ил.The invention relates to electronic engineering, in particular, to microprobe instruments, in which a tunneling current is used for surface investigation. The purpose of the invention is to reduce the size and simplify the design of a tunneling microscope - achieved by combining the functions of scanning the tip and positioning it relative to the object holder in one structural unit. The microscope contains a base and a temperature compensated scanning unit of two tubular coaxial piezoelectric elements. The mutual positioning unit is formed by fixing the scanning unit in a case movable relative to the base along the free end of the external piezoelectric element. The body is fixed relative to the base by the friction force, which is greater than the forces arising from scanning the tips, and less than the forces developed by the external piezoelement if a saw-tooth voltage is applied to its electrodes and asymmetrical pulse fronts. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к электронной технике, в частности к микрозон- довым приборам, в которых дл  исследовани  поверхности используетс  туннельный ток.The invention relates to electronic engineering, in particular, to microprobe devices, in which a tunneling current is used for surface investigation.

Цель изобретени  - уменьшение габаритов и упрощение конструкции туннельного микроскопа за счет совмещени  функций сканировани  остри  и взаимного позиционировани  его относительно объектодержател  в одном конструктивном узле.The purpose of the invention is to reduce the size and simplify the design of the tunneling microscope by combining the functions of scanning the tip and its mutual positioning relative to the object holder in one structural unit.

На фиг.1 и 2 показана туннельна   чейка при вертикальном и горизонтальном расположении оси остри , ва- рианты выполнени .Figures 1 and 2 show a tunnel cell with a vertical and horizontal axis of the tip, embodiments of which are shown.

Туннельный микроскоп содержит термокомпенсированный узел сканировани , состо щий из двух соосно расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых пье- зоэлементов 1 и 2. На свободном торце внутреннего пьезоэлемента 1 закреплено острие 3. Внешний пьезоэлемент 2 закреплен вторым торцом в подвижном относительно основани  4 корпусе 5. Корпус зафиксирован относительно основани  силой трени  в направлении, параллельном оси пье- зоэлементово Значение силы трени  Q должно находитьс  в пределахThe tunneling microscope contains a thermocompensated scanning unit consisting of two coaxially arranged and fastened together adjacent ends of tubular piezoelectric elements 1 and 2. A pin 3 is fixed on the free end of the internal piezoelectric element 1. The external piezoelement 2 is fixed by the second end of the body 5 relative to the base 4 The body is fixed relative to the base by the force of friction in a direction parallel to the axis of the piezo element. The value of the force of friction Q must be within

f X, M,kQ fl .+M,),f X, M, kQ fl. + M,),

где f, f - максимальна  частотаwhere f, f is the maximum frequency

изменени  длины и резонансна  частота соответственно внутреннего и внешнего пьезоэлемен- тов, с ;changes in the length and resonance frequency of the internal and external piezoelements, respectively, s;

х, Xg г максимальные изменени  длин пьезозлементов при подаче На них напр жений , м; М,, Mj - массы пьезоэлементов,x, Xg g maximum changes in the lengths of piezoelements during the application of stresses to them, m; M ,, Mj - masses of piezoelectric elements,

кг;kg;

k - коэффициент трени  nor ко  между корпусом и ос нованием; Q - сила прижима корпуса иk is the coefficient of friction nor to between the body and the base; Q is the clamping force of the case and

основани , кг оbase kg

При вертикальном расположении остри  3 (фиг.1) прижим осуществл етс , например, упругими элементами 6, а при горизонтальном (фиг.2) прижим обеспечиваетс  за счет веса узла, т,во в этом случаеIn the vertical position of the tip 3 (Fig. 1), the clamping is carried out, for example, by elastic elements 6, and in the horizontal position (Fig. 2), the clamping is provided by the weight of the assembly, t, in this case

Q (М , + М . + М) g ,Q (M, + M. + M) g,

где М - масса корпуса, кг;where M is the body weight, kg;

g - ускорение свободного падени , м/с оg - free fall acceleration, m / s o

Внутренний пьезоэлемент 1 имеет разрезной электрод дл  управлени  сканированием остри  по трем координатам , а к электродам внешнего пьезоэлемента 2 подключен выход источника 7 пилообразного напр жени  с несимметричными фронтами импульсовThe internal piezoelectric element 1 has a split electrode for controlling the scanning of the tips in three coordinates, and the output electrodes of the external piezoelectric element 2 are connected to the output of the sawtooth voltage source 7 with asymmetric pulse fronts

Микроскоп работает следующим образом .The microscope works as follows.

При подаче пилообразного напр жени  от источника 7 на электроды внеш него пьезоэлемента 2 он измен ет сво длину медленно при пологом фронте импульса и быстро при крутом фронте импульса. При медленном изменении длины корпус 5 не сдвигаетс  отно- . сительно основани  4„ При резком изменении длины сила инерции превышает силу трени , корпус 5 проскальзывает относительно основани „ После того, как острие 3, закрепленное на узле сканировани  1, приблизитс When applying a sawtooth voltage from source 7 to the electrodes of external piezoelectric element 2, it changes its length slowly with a gentle front of the pulse and quickly with a steep front of the pulse. When slowly changing the length of the body 5 does not move relative to. on the base 4 "With a sharp change in length, the inertia force exceeds the friction force, the body 5 slips against the base" After the tip 3, fixed on the scanning unit 1, approaches

к объектодержателю 8, переход т к режиму сканировани , в котором внешний пьезоэлемент 2 не участвует Благодар  тому, что масса внутреннего пьезоэлемента 1 много меньше массыto object holder 8, transition to scanning mode in which external piezoelectric element 2 does not participate due to the fact that the mass of the internal piezoelectric element 1 is much less than the mass

внешнегоs силы инерции, возникающие при сканировании, существенно меньше силы трени  между подвижным корпусом 5 и основанием 4, поэтому во врем  сканировани  корпус не сдвигаетс ,the external inertial forces arising during scanning are substantially less than the frictional force between the movable body 5 and the base 4, therefore the body does not move during the scanning,

Пример. Параметры внутренне- . го пьезоэлемента - длина 20 MMJ толщина стенок 0,5 мм; внешний диаметр 10 мм; рабоча  частота Гц; максимальное смещение х 10 м; масса (с острием) М 6-10 кг„Example. Parameters internally. go of the piezoelectric element - length 20 MMJ wall thickness 0.5 mm; outer diameter 10 mm; operating frequency Hz; maximum displacement x 10 m; weight (with point) M 6-10 kg „

Параметры внешнего пьезоэлемента - длина 27 мм; толщина стенок 1 мм; внешний диаметр 18 мм; рабоча  частота fo 2-10 Гц; максимальное -аThe parameters of the external piezoelectric element - length 27 mm; wall thickness 1 mm; outer diameter 18 mm; working frequency fo 2-10 Hz; maximum

щение х 10 м; масса N 14-10 кг.X 10 m; weight N 14-10 kg.

Коэффициент трени  прин т ,3, что справедливо дл  широкого класса материалов. Масса корпуса 5 составл ет 20 г, сила прижима должна быть больше 130 г. Поэтому в вариантеThe friction coefficient is adopted, 3, which is true for a wide class of materials. The mass of the housing 5 is 20 g, the clamping force must be greater than 130 g. Therefore, in the embodiment

(фиг.1) сила прижима может выбиратьс  в пределах(FIG. 1) the pressing force can be selected within

130 .; Q ; 268.130; Q; 268.

Аналогичные расчеты делаютс  дл  других вариантов.Similar calculations are made for other options.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Туннельный микроскоп, содержащий основание, термокомпенсированный узел сканировани , выполненный из двух со- осно.расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых пьезоэлементов, на внутреннем из которых со стороны свободного торца установлено острие, узел взаимного позиционировани  остри  и объектодер- жател , включаклций подвижный относительно основани  корпус, а также систему питани  пьезоэлементов, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  габаритов и упрощени  конструкций , система питани  снабжена источником пилообразного напр жени  с несимметричными фронтами импульсов , выход которого соединен с внешним пьезоэлементом, а узел взаимного позиционировани  образован путем .1A tunneling microscope containing a base, a temperature-compensated scanning unit, made of two coaxially arranged and fastened between each other by the end ends of tubular piezoelements, on the inner side of which a point is installed on the free end, the node of the mutual positioning of the tip and the object handler are inclinable relative to the base housing and the power supply system of the piezoelectric elements, characterized in that, in order to reduce the size and simplify the structures, the power supply system is equipped with A sawtooth voltage with asymmetrical pulse fronts, the output of which is connected to an external piezoelectric element, and the mutual positioning unit is formed by .1 Редактор А„МотыльEditor A „Motyl «г. 2"Y. 2 Составитель ВоГаврюшинCompiled by Vogavrushin Техред Л.Сердюкова Корректор Т.МалецTehred L. Serdyukova Proofreader T. Malets Заказ 6765/54Order 6765/54 Тираж 696Circulation 696 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5 ПодписноеSubscription
SU874381855A 1987-12-21 1987-12-21 Tunnel microscope SU1520609A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874381855A SU1520609A1 (en) 1987-12-21 1987-12-21 Tunnel microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874381855A SU1520609A1 (en) 1987-12-21 1987-12-21 Tunnel microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1520609A1 true SU1520609A1 (en) 1989-11-07

Family

ID=21357040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874381855A SU1520609A1 (en) 1987-12-21 1987-12-21 Tunnel microscope

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1520609A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990013907A1 (en) * 1989-05-12 1990-11-15 Institut Radiotekhniki I Elektroniki Akademii Nauk Sssr Scanning tunnel microscope

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Швейцарии № 643397, кл. Н 01 J 37/285, опублик. 1984, Drake В. Sonnenfeld R. Scherein I. Hansma Ро Scanning Tunelling Microscope of Processes at Liquid-Solid, Interfaces - Surface Science, 1987, Vol81, N 1/2 March (1), p.92-97 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990013907A1 (en) * 1989-05-12 1990-11-15 Institut Radiotekhniki I Elektroniki Akademii Nauk Sssr Scanning tunnel microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3830515B2 (en) Electromechanical positioning unit
US7498719B2 (en) Small piezoelectric or electrostrictive linear motor
JP2802317B2 (en) Micro manipulator
US20020030422A1 (en) Drive mechanism employing electromechanical transducer
JPH07122831B2 (en) Two-dimensional position adjustment device
SU1520609A1 (en) Tunnel microscope
SE515985C2 (en) Device for micropositioning of objects using mechanical inertia
JP2002340544A (en) Breakage failure preventing mechanism for fine probe needle
JP3776084B2 (en) Micro positioning device
SU858151A1 (en) Vibromotor
RU2028715C1 (en) Piezoelectric motor
EP4128515B1 (en) Method of controlling at least two interacting piezoelectric actuators
SU651296A1 (en) Device for moving images
SU1721662A1 (en) Tunnel microscope
JP2651462B2 (en) Piezo actuator
JPH02211078A (en) Electrostatic actuator
RU35489U1 (en) Piezomanipulator
RU2030087C1 (en) Piezoelectric motor
SU744775A1 (en) Device for gripping and adjusting article
RU2018188C1 (en) Scanning tunnel microscope
SU534610A1 (en) Device for moving an object
JPH0426717B2 (en)
RU2114493C1 (en) Raster microscope actuator
RU1829863C (en) Piezoelectric motor
KR0135481B1 (en) Sensitivity controlling method of three dimensional scanner