SU1531181A1 - Сканирующий туннельный микроскоп - Google Patents
Сканирующий туннельный микроскоп Download PDFInfo
- Publication number
- SU1531181A1 SU1531181A1 SU884427045A SU4427045A SU1531181A1 SU 1531181 A1 SU1531181 A1 SU 1531181A1 SU 884427045 A SU884427045 A SU 884427045A SU 4427045 A SU4427045 A SU 4427045A SU 1531181 A1 SU1531181 A1 SU 1531181A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- tubular
- mass
- piezoelectric element
- sample
- holders
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
- G01Q60/16—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к туннельной электронной микроскопии и может быть использовано в приборах дл исследовани физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью пор дка размеров атомов. Целью изобретени вл етс увеличение чувствительности микроскопа и области сканировани за счет снижени вли ни вибрационных помех и независимого регулировани управл ющих напр жений, подаваемых на пьезоэлементы системы перемещени измерительной иглы и образца. Сканирующий туннельный микроскоп содержит два идентичных по форме и размерам трубчатых пьезоэлемента, которые расположены соосно и закреплены на корпусе противоположными торцами. На смежных торцах расположены напротив друг друга держатели образца и измерительной иглы, причем разность масс держателей не превышает 0,24 массы трубчатого пьезоэлемента. 1 ил., 1 табл.
Description
ел
оо
Изобретение относитс к туннельной электронной микроскопии и может быть использовано в приборах дл исследовани физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью пор дка размеров атомов, в частности атомной структуры твердых тел, электронных свойств твердых тел в атомном масштабе, процессов адсорбции и поверхностной диффузии атомов и молекул, строени молекул и субмикроскопических объектов, а также биологических процессов и контрол изделий микроэлектроники.
Целью изобретени вл етс увеличение чувствительности микроскопа и области сканировани за счет снижени вли ни вибрационных помех и независимого регулировани управл ющих напр жений , подаваемьк на пьезоэлементы системы перемещений измерительной иглы и образца.
На чертеже представлена конструктивна схема туннельной чейки микроскопа .
Все детали сканирующего туннельного микроскопа закреплены на жестком корпусе 1. Идентичные трубчатые пьезо00
элементы 2 и 3 из пьезокерамики с нанесенными на нее электродами управлени закреплены своими торцами на противоположных сторонах корпуса и установлены соосно друг другу.
На свободных торцах первого 2 и второго 3 пьезоэлементов установлены идентичные втулки 4, на которых закреплены соответственно цилиндрический держатель 5 измерительной иглы 6 и цилиндрический держатель 7 образца 8. Втулки 4 выполнены, например, в виде цанговых зажимов с пру))ин щи- ми лепестками, охватывающими цилиндрические держатели. Держатели 5 и 7 выполнены так, что их массы не пре- вьппают 0,24 массы пьезоэлементов.
Сканирующий туннельный микроскоп работает следующим образом.
Предварительно между образцом 8 и измерительной иглой 6 устанавливают зазор 0,1-1 мкм. Далее под воздействием управл ющего напр жени U, прикладываемого к электродам первого пье зоэлемента 2 и вызывающего его удлинение (или укорочение - в зависимости от знака приложенного напр жени ), происходит дальнейщее сближение иглы и образца и при достижении зазора в несколько ангстрем между ними возникает туннельный ток, который в последующем схема автоматического управлени поддерживает на заданном уровне. Сканирование по направлени м X и Y проводитс подачей соответствующих управл ющих напр жений по строкам и кадрам.
Использование в конструкции двух идентичных трубчатых пьезоэлементов позвол ет один из них применить дл сканировани иглы в плоскост х X, Y, а другой - дл задани взаимного перемещени иглы и образца по оси Z. Тем самым достигаетс то, что каждое из управл ющих напр жений может измен тьс во всем допустимом диапазоне , т.е. размеры области сканировани увеличиваютс в 2-3 раза по сравнению с известным микроскопом. Онако в отличие от измерительной иглы имеющей ничтожно малую массу, держатель образца обычно имеет массу т„р, сравнимую или большую массы пьезоэле мента т .
Анализ вли ни внешних вибраций на чувствительность микроскопа в этом случае показывает следующее.
5
0
5
0
Под воздействием вибраций происходит взаимное смещение образца и измерительной иглы, что приводит к по влению шумового сигнала. Частоты вибраций лежат обычно в пределах- j -l 0- 100 Гц, амплитуды - в пределах 1- 10 мкм. Собственные частоты колебаний элементов сканирующих туннельных микроскопов лежат в диапазоне-VcoBc - 100 кГц. Таким образом, всегда выполн етс условие 5 д, ; - g . При этом условии амплитуды взаимных колебаний деталей прибора ослабл ютс в соБс / ВИБ- раз, по сравнению с амплитудой колебаний корпуса прибора. В предлагаемом сканирующем туннельном микроскопе, как и в известном, наименьшую собственнз,то частоту имеют из- гибные колебани трубчатого пьезоэле- мента, и именно ими обусловлен шум. Так, наименьша собственна частота изгибных колебаний трубчатого пьезо- элемента, использовавшегос нами и нагруженного только иглой с ничтожно малой массой, равна 7 кГц, т.е. спектральные составл ющие вибраций с амплитудой 1 мкм и частотой 100 Гц ослабл ютс до уровн 0,2 нм, что недостаточно дл проведени измерений с Томным разрс. иением. Формула дл наименьшей частоты собственных колебаний трубки может быть приведена к ви- ДУ
со5с
1 I К 21Г Л|о,24т;,,
где К - изгибна жесткость;
га - полна масса в данном случае трубчатого пьезоэлемента.
Если на конце пьезоэлемента лен компактный держатель образца с
массой m к виду
,0
то формула преобразуетс
0
5
1 |К
oSc- 27 m ;0,24m,,/ о
т.е. в этом случае амплитуда вибраций
I,,24гап.9л
вырастет в Р, что п.э тавл ет раза при ,0 г.
годар выполнению услови V лиR ; v
бла6 ЛБ СОбс
и образец и игла колеблютс в фазе друг с другом, поскольку они колеблютс в фазе с внешним воздействием (пренебрегаем малым сдвигом фазы колеба-
НИИ держателей относительно НИИ станины, равным
колебастанины , равным соБс где J - декремент зггтухани свободны колебаний, который дл пьезоэлементов мал, 10-2-10-3). Поэтому при идентичных пьезоэлементах амплитуда относительных колебаний образца
Шлл-га а- ц
и иглы составл ет -;5-пГ - от ам0 ,24и„,,
плитуды колебаний иглы в известном микроскопе, и, таким образом, при () 0,24mf, станет меньше, чем в известном, т.е. будет достигнут положительный эффект. Если сами держатели имеют одинаковую массу, то в первом приближении разность амплитуд колебаний иглы и образца определ етс массой последнего, и так как реально его масса при приведенных выше конструктивных размерах сканирующего туннельного микроскопа составл ет доли грамма ослабление вибраций будет значительным.
П р и м е р. В изготовленном сканирующем туннельном микроскопе применены трубчатые пьеэозлементы с внешним диаметром 10 мм, длиной 32 мм, толщиной стенок 1 мм и массой т- 8 г.
Пьезоэлементы снабжены сплошными цилиндрическими внутренними и внешними электродами. У второго пьезоэле- мента 3 внешний электрод был разрезан ло образующей на четьфе идентичных секторных электрода, изолированных друг от друга. Управл ющее напр жение и подаетс на первый пьезозлемент 2, управл ю1цие напр жени U;((Uuj подаютс на ортогонально расположенные пары секторых электродов. Держатели образца и иглы имеют одинаковую массу, равную 7 г. Материал пьезоэлемента выдерживает электрическое поле напр женИзвестный Предлагаемьв
0
5
0
5
0
5
0
ностью до 10 кВ/см, поэтому возможно изменение напр жений Uv(Uu) в пределах ±2 кВ, что обеспечивает диапазон сканировани в плоскости X, Y 40х х40 мкм, т.е. в 2-3 раза больше по сравнению с известным микроскопом.
Чувствительность измер етс по щу- мовому сигналу сканирующего туннельного микроскопа и составл ет 0,02 м при времени измерени 1 с.
В таблице приведены данные, показывающие вли ние различи массы держателей на чувствительность туннельного микроскопа в реальных лабораторных услови х, вибрации пола с амплитудой 1 мкм, частотой 100 Гц (измерено сейсмографом ) .
Как видно из приведенных примеров, предложенньй сканирующий туннельный микроскоп обладает большей в 10-20 раз чувствительностью.
Claims (1)
- Формула изобретениСканирующий туннельный микроскоп, содержащий корпус, трубчатый пьезо- элемент, один торец которого закреплен на корпусе, а на другом торце уста ;овлен держатель измерительной иглы, держатель образца и систему управлени J отличающийс тем, что, с целью увеличени чувствительности и области сканировани , он снабжен вторым трубчатым пьезоэле- ментом, идентичным по форме и размерам первому трубчатому пьезоэлементу, расположенным соосно с ним и закрепленным одним из торцов на корпусе, при этом держатель образца установлен на свободном торце второго трубчатого пьезоэлемента, а разность масс держателей не превышает 0,24 массы трубчатого пьезоэлемента.юtv
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884427045A SU1531181A1 (ru) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | Сканирующий туннельный микроскоп |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884427045A SU1531181A1 (ru) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | Сканирующий туннельный микроскоп |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1531181A1 true SU1531181A1 (ru) | 1989-12-23 |
Family
ID=21375697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884427045A SU1531181A1 (ru) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | Сканирующий туннельный микроскоп |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1531181A1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7473887B2 (en) | 2002-07-04 | 2009-01-06 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning probe microscope |
RU2465676C1 (ru) * | 2011-05-20 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Сканирующий туннельный микроскоп |
-
1988
- 1988-03-03 SU SU884427045A patent/SU1531181A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Бинниг Д. и Рорер Г. Растровый туннельный микроскоп. - В мире науки, 1985,№ 10, с. 26. Бинниг Д. и Смит Д. Трубчатый трех- координатный пьезопреобразователь дл растрового туннельного микроскопа. - Приборы дл научных исследований, 1986,№ 8, с. 152. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7473887B2 (en) | 2002-07-04 | 2009-01-06 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning probe microscope |
RU2465676C1 (ru) * | 2011-05-20 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" | Сканирующий туннельный микроскоп |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Corey et al. | Mechanical stimulation and micromanipulation with piezoelectric bimorph elements | |
DE68907800T2 (de) | Sensoren mit vibrierenden Elementen zum Detektieren von elektromagnetischen Parametern. | |
US5576483A (en) | Capacitive transducer with electrostatic actuation | |
EP0805946B1 (en) | Apparatus for microindentation hardness testing and surface imaging incorporating a multi-plate capacitor system | |
US5103174A (en) | Magnetic field sensor and device for determining the magnetostriction of a material based on a tunneling tip detector and methods of using same | |
Waltman et al. | An electron tunneling sensor | |
DE19827056A1 (de) | Mikromechanischer Magnetfeldsensor | |
JPH11108940A (ja) | 走査プローブ顕微鏡 | |
Mann Jr et al. | Propagation characteristics of capillary ripples. II. Instrumentation for measurement of ripple velocity and amplitude | |
JP4511544B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
US5563344A (en) | Dual element electron tunneling accelerometer | |
Iwazumi | High-speed ultrasensitive instrumentation for myofibril mechanics measurements | |
US7543519B2 (en) | Device for high-precision generation and measurement of forces and displacements | |
US7263896B2 (en) | Precision multi-dimensional capacitive transducer | |
SU1531181A1 (ru) | Сканирующий туннельный микроскоп | |
Tasche et al. | A force transducer for measuring mechanical properties of single cardiac myocytes | |
Boutillon et al. | Three-dimensional mechanical admittance: Theory and new measurement method applied to the violin bridge | |
GB1568634A (en) | Vibrating capacitor | |
JP3672921B2 (ja) | 高精度のスケール及び位置センサ | |
Sidobre et al. | Calibrated measurement of the behaviour of mechanical junctions from micrometre to subnanometre scale: the friction force scanner | |
Cecchi et al. | A force transducer and a length-ramp generator for mechanical investigations of frog-heart myocytes | |
SU734531A1 (ru) | Устройство к машине дл механических испытаний трубчатых образцов хрупких материалов | |
SU1453475A1 (ru) | Сканирующий туннельный микроскоп | |
RU2721020C1 (ru) | Динамический наноиндентор | |
RU2124251C1 (ru) | Многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа |