WO2017200364A1 - Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта - Google Patents

Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта Download PDF

Info

Publication number
WO2017200364A1
WO2017200364A1 PCT/KZ2017/000011 KZ2017000011W WO2017200364A1 WO 2017200364 A1 WO2017200364 A1 WO 2017200364A1 KZ 2017000011 W KZ2017000011 W KZ 2017000011W WO 2017200364 A1 WO2017200364 A1 WO 2017200364A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coordinate
punch
along
probe
piezoscanner
Prior art date
Application number
PCT/KZ2017/000011
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Михайлович АЛЕКСЕЕВ
Алексей Дмитриевич ВОЛКОВ
Дмитрий Юрьевич СОКОЛОВ
Антон Евгеньевич ЕФИМОВ
Original Assignee
Частное Учреждение "Назарбаев Университет Рисеч Энд Инновэйшн Систэм"
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 Частное Учреждение "Назарбаев Университет Рисеч Энд Инновэйшн Систэм" filed Critical Частное Учреждение "Назарбаев Университет Рисеч Энд Инновэйшн Систэм"
Priority to US16/302,142 priority Critical patent/US11237186B2/en
Publication of WO2017200364A1 publication Critical patent/WO2017200364A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/20—Sample handling devices or methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04—Fine scanning or positioning

Definitions

  • the invention relates to the field of probe measurements of objects after their micro- and nanotomization.
  • a scanning probe microscope is known, combined with an object surface modification device, comprising a base on which a piezoscanner block is mounted with functional movement, with a piezoscanner having a longitudinal axis 0-01 located along the first coordinate X, while an object holder with an object is fixed on the piezoscanner having a measuring surface located in the plane of the second coordinate Y and the third coordinate Z.
  • On the piezoscanner block is mounted with the possibility of movement along the first coordinate X a probe block with a probe holder, in which a probe is fixed, which has the ability to interact with the measuring surface of the object.
  • a punch unit with a punch having a cutting edge mounted on a two-axis punch drive is also installed on the base.
  • the cutting edge is located along the second coordinate Y and has the ability to interact with the object.
  • Piezoscanner has the ability to move the object holder along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z, and provides scanning of the object in the plane of the second coordinate Y and the third coordinate Z, and also ensures its movement along the first coordinate X [EP 2482080 A1].
  • a scanning probe microscope combined with a device for modifying the surface of an object, can be equipped with a cryochamber.
  • the main disadvantage of this device is that the surface modification of the object is carried out when moving the piezoscanner block, including the probe block.
  • This moving module has a significant mass and low natural resonant frequencies, which leads to a decrease in the quality of the modified surface of the object due to its non-functional fluctuations during the modification of the object and, as a result, to a decrease in the resolution of measurements.
  • a scanning probe microscope is known, combined with an object surface modification device, comprising a base on which a piezoscanner unit is mounted with functional movement, with a piezoscanner having a longitudinal axis 0-01 located along the first coordinate X, while an object holder with an object is fixed on the piezoscanner having a measuring surface located in the plane of the second coordinate Y and the third coordinate Z, on the base there is also a probe block with a holder a probe in which a probe is mounted that can interact with the measuring surface of the object, a punch unit with a punch having a cutting edge mounted on a two-axis punch drive is also mounted on the base, while the cutting edge is located along the second Y coordinate and has the ability to interact with the object, the piezoscanner has the ability to move the object holder along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z and provides scanning of the object in the plane of the second coordinate Ata Y and third position Z, and provides its movement along the
  • the known device has a low resolution of measurements associated with a decrease in the resonant frequencies of the piezoscanner with an increase in the study area at the object.
  • the functional (for cutting the object) movement of the piezoscanner block reduces the rigidity of the structure, which leads to non-functional movements of the object relative to the probe when measuring the object and also reduces the resolution of the measurement.
  • the objective of the invention is to simplify the design of the device by combining in a single block of measuring instruments and means of modifying the object. s
  • the technical result of the invention is to increase the resolution of the measurements.
  • the specified technical result is achieved in that in a wide-field scanning probe microscope combined with an object modification device containing a base on which the piezoscanner unit is mounted with the possibility of movement, with a piezoscanner having a longitudinal axis 0-01 located along the first coordinate X, while a piezoscanner is equipped with an object holder with an object having a measuring surface located in the plane of the second Y coordinate and the third Z coordinate, also containing a probe unit with a probe holder, where a probe is fixed that can interact with the measuring surface of the object, a punch unit with a punch having a cutting edge mounted on the drive of the punch is also mounted on the base, while the cutting edge is located along the second coordinate Y and has the ability to interact with the object, the piezoscanner has the ability to move the holder of the object with the object in the first coordinate X, in the second coordinate Y and in the third coordinate Z, and provides scanning of the object in the plane of the second coordinate Y and t its coordinate
  • the punch drive includes a first displacement module in a first X coordinate, a second displacement module in a second Y coordinate, and a third displacement module in a third Z coordinate, arranged to be disconnected from each other.
  • a first rotation module in the XZ coordinate plane is mounted on the base, and a punch drive is mounted on the first rotation module in the XZ coordinate plane.
  • the piezoscanner unit is mounted on the base with the possibility of adjustment movement provided by the second rotation module in the XZ coordinate plane.
  • FIG. 1 shows a layout diagram of a scanning probe microscope combined with an object modification device.
  • FIG. 2 shows a layout option of a punch drive for examining predominantly horizontally located objects.
  • FIG. 3 shows the measuring zone on the measuring surface of a horizontally located object.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a punch drive arrangement for examining predominantly vertically located objects.
  • FIG. 5 shows the measuring area on the measuring surface of a vertically located object.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the device is located inside a cryogenic chamber.
  • a wide-field scanning probe microscope combined with an object modification device contains a base 1 on which the piezoscanner unit 2 is mounted, with a piezoscanner 3 having a longitudinal axis 0-01 located along the first coordinate X.
  • a piezoceramic tube with electrodes on internal and external surfaces.
  • the piezoceramic tube (piezoscanner 3) is fixed at one end to a fixed element (piezoscanner unit 2), and its other end can be bent along the second Y coordinate and third coordinate Z to scan close to the YZ plane and simultaneously move along the first coordinate X due to the expansion, for example, of a part of a piezoceramic tube.
  • the tubes of the company Physik Instrumente are most often used, for example, RT 230.24 and RT 230.14.
  • an object holder 4 is mounted with an object 5 having a measuring surface 6, b located in the plane of the second Y coordinate and the third Z coordinate.
  • the piezoscanner 3 scans the measuring surface 6 of object 5, close to the YZ plane, and simultaneously moves it along the first coordinate X.
  • the wide-field scanning probe microscope, combined with the object modification device also contains the block of the probe 10 with the holder of the probe 11, in which the probe 12 is mounted, which can interact with the measuring surface 6 of the object 5.
  • the probe unit 10 typically includes a primary signal preamplifier.
  • cantilever a flexible cantilever with a tip at the free end (not shown)
  • the block of the probe 10 will be an optical tracking system for the movement of the cantilever.
  • a wide-field scanning probe microscope, combined with an object modification device, also contains a punch block 15 with a punch 16 having a cutting edge 17 located along the second Y coordinate.
  • a diamond knife traditionally used in microtoming is used as a punch 16.
  • the punch unit 15 is mounted on the drive of the punch 18, while the cutting edge 17 is able to interact with the object 5.
  • the drive of the punch 18 is made three-coordinate and provides movement along the first coordinate X, the second coordinate Y and the third coordinate Z.
  • the probe block 10 is mounted on the drive punch 18.
  • the drive of the punch 18 includes a first displacement module 21 in a first X coordinate, a second displacement module 22 in a second Y coordinate, and a third displacement module 23 in a third Z coordinate, which can be disconnected.
  • first displacement module 21 along the first X coordinate the second displacement module 22 along the second Y coordinate
  • second Y coordinate for example, linear piezoelectric series P-611.1 from Physik Instrumente (Germany) can be used
  • the third displacement module 23 along the third Z coordinate you can use linear piezoelectric P-611.Z series by Physik Instrumente (Germany).
  • the separation of the first displacement module 21 along the first coordinate X, the second displacement module 22 along the second coordinate Y and the third displacement module 23 along the third coordinate Z can be carried out using their standard fastening elements.
  • the first rotation module in the XZ 30 coordinate plane mounted on the XZ 30 coordinate plane is inserted into a wide-field scanning probe microscope combined with an object modification device the base 1.
  • the drive of the punch 18 is mounted on the first rotation module in the coordinate plane XZ 30.
  • the first rotation module in the coordinate plane XZ 30 includes a platform 3 1 in which the first screws 32 and second screws 33 are installed, which can interact with the base 1. In the preferred it is advisable to use the first two screws 32 and two second screws 33 spaced along the X coordinate.
  • first two screws 32 are spaced apart along the second Y coordinate.
  • the two second screws 33 are also spaced apart along the second Y coordinate (not showing but).
  • the platform 31 is pressed against the base 1 by the first bracket 36 and the second bracket 37 through elastic elements 39 made, for example, of Viton.
  • the piezoscanner unit 2 has the ability to rotate the piezoscanner 3 in the XZ coordinate plane. This can be done by the second rotation module in the coordinate plane XZ 42, namely, by turning the first eccentric 43 and the second eccentric 44 around its rotation axes 45 and 46, respectively.
  • the piezoscanner unit 2 is pressed to the first eccentric 43 and the second eccentric 44 by a spring 47, one end which is fixed in the base 1, and the other end of which is fixed in the piezoscanner unit 2.
  • a magnetic insert 50 installed is installed in a wide-field scanning probe microscope combined with an object modification device in the punch block 15 and an electromagnet 51 mounted on the base 1. In this case, the magnetic insert 50 is coupled by a magnetic field to the electromagnet 5 1.
  • a SmCo alloy plate can be used as a magnetic insert 50.
  • the piezoscanner 3, the probe unit 10, the punch drive 18 and the electromagnet 51 are connected to the control unit 19.
  • the base 1, with the elements located on it, is placed in a cryochamber 60 (Fig. 6), including a housing 61 with a cover 62, coupled to a means of supplying refrigerant (not shown).
  • a cryochamber 60 FIG. 6
  • a wide-field scanning probe microscope combined with a device for modifying an object in a cryogenic design and its functioning in a cryochamber 60 is described in more detail in [EP 2482080 A1, RU 2282257].
  • the device operates as follows. Fasten the object 5 to the holder of the object 4. For this, an epoxy resin is often used.
  • the probe 12 is fixed in the probe holder 11.
  • These solid inclusions must be detected before installing object 5 in the object holder 4.
  • the drive of the punch 18, namely the second displacement module 22, moves the punch 16 along the second coordinate ⁇ to bring it out of the zone of interaction with object 3. Also, this conclusion can be made by the drive of the punch 18 along the coordinate ⁇ , namely, by the third displacement module 23, away from object 5.
  • the drive of the punch 18 can be reconfigured using the operational disconnection of the first displacement module 21 along the first coordinate X, the second displacement module 22 in the second coordinate ⁇ , and the third displacement module 23 in the third coordinate ⁇ .
  • the measuring surface 6 has a large (more than 1 ⁇ m) spread of heights (inhomogeneities along the first coordinate X). In this case, if the study of the measuring surface 6 reveals a heterogeneity in height that exceeds the range of movement of the piezoscanner 3 along the first coordinate X, it is possible to quickly remove the probe 12 from the measuring surface 6.
  • the second displacement module 22 along the second Y coordinate is put in place of the first displacement module 21 along the first X coordinate (Fig. 2), the possibility arises of the most optimal study of objects elongated along the second Y coordinate with the formation of the scanning zone 55 shown in Fig. 2. 3.
  • a second displacement module 2 along the second coordinate Y is used, which moves only the probe unit 10 without additional mass, the first displacement module 2 along the first coordinate X, and the third displacement module 23 along the third coordinate Z.
  • the third displacement module 23 along the third coordinate Z is put in place of the first displacement module 21 along the first coordinate X (Fig. 4), the possibility arises of the most optimal study of objects elongated along the third coordinate Z with the formation of the scanning zone 56 shown in Fig. 4. 5.
  • the proposed device uses the first rotation module in the coordinate plane XZ 30, mounted on the base 1. Using the first screws 32 and second screws 33, due to the elastic elements 39, it is possible to set the desired angle (in the range +/- 5 °) of the probe 12 and the punch 16 in relation to the object 5. In this case, it becomes possible to form a slice of the object 5 in the desired direction. This may be appropriate if the heterogeneities of interest are located at an unknown depth. A slice at an angle to the 0-01 axis can speed up the search for a heterogeneity zone.
  • the piezoscanner unit 2 has the ability to rotate the piezoscanner 3 in the XZ coordinate plane. The first eccentric 43 and the second eccentric 44 are rotated and the piezoscanner unit 2 is positioned at an angle with respect to the axis 0-01 in the range +/- 10 °.
  • the use of the electromagnet 51 in conjunction with the magnetic insert 50 allows you to press the punch block 15 to the base 1, minimizing the backlash between the punch block 15, the first displacement module 21 in the first coordinate X, the second displacement module 22 in the second coordinate Y, the third displacement module 23 in the third coordinate Z and the first rotation module in the coordinate plane XZ 30.
  • this pressing can be performed, and improve the quality of the measuring surface 6. It is also possible to carry out pressing during scanning and examination of the measuring surface 6, which will reduce the non-functional movements of the probe 12 during the measurement process.
  • the fact that the drive of the punch 18 is made three-coordinate and provides movement along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z and acts on the punch 16 on the sample 5 strictly in the direction of the coordinate Z increases the quality of the cut of the measuring surface 6 and the resolution of measurements.
  • the fact that the probe unit 10 is installed on the drive of the punch 18 allows, in addition to moving the piezoscanner 3 along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z, to use the additional movements of the drive of the punch 18 along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z. In this case, you can use the piezoscanner 3 with a reduced range of movement along the first coordinate X, along the second coordinate Y and along the third coordinate Z, with a correspondingly higher resonant frequency. This increases the resolution of the measurements.
  • the drive of the punch 18 includes a first displacement module 21 along the first X coordinate, a second displacement module 22 along the second Y coordinate, and a third displacement module 23 along the third Z coordinate, which are installed with the possibility of disconnection among themselves allows them to be interchanged when examining various objects.
  • a magnetic insert 50 is installed in the device, installed in the punch block 15 and an electromagnet 51, mounted on the base 1, while the magnetic insert 50 is coupled by a magnetic field with an electromagnet 51 to minimize the backlash in the drive of the punch 18. This improves the quality of the cut object 5, improves the quality of the measuring surface 6, reduces non-functional displacements during the study of the measuring surface 6 and increases the resolution of measurements.

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

Abstract

Изобретение относится к области зондовых измерений объектов после их микро- и нанотомирования. Сущность изобретения заключается в том, что в широкопольном сканирующем зондовом микроскопе, совмещенном с устройством модификации объекта, содержащем основание (1), на котором с возможностью подвижки установлены блок пьезосканера (2) с пьезосканером (3), блок зонда (10) с держателем зонда (11) и блок пуансона (15) с пуансоном (16), привод пуансона (18) выполнен трехкоординатным и обеспечивает перемещения пуансона (16) по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, а блок зонда (10) установлен на приводе пуансона (18). Задача изобретения заключается в упрощении конструкции устройства путем объединения в единый блок средств измерения и средств модификации объекта. Технический результат изобретения заключается в повышении разрешения измерений.

Description

Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп,
совмещенный с устройством модификации объекта
Изобретение относится к области зондовых измерений объектов после их микро- и нанотомирования.
Известен сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта, содержащий основание, на котором с возможностью функциональной подвижки установлен блок пьезосканера, с пьезосканером, имеющий продольную ось 0-01, расположенную вдоль первой координаты X, при этом на пьезосканере закреплен держатель объекта с объектом, имеющим измерительную поверхность, расположенную в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z. На блоке пьезосканера установлен с возможностью подвижки вдоль первой координаты X блок зонда с держателем зонда, в котором закреплен зонд, имеющий возможность взаимодействия с измерительной поверхностью объекта. На основании установлен также блок пуансона с пуансоном, имеющим режущую кромку, размещенный на двухкоординатном приводе пуансона. При этом режущая кромка расположена вдоль второй координаты Y и имеет возможность взаимодействия с объектом. Пьезосканер имеет возможность перемещения держателя объекта по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, и обеспечивает сканирование объекта в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, а также обеспечивает его перемещение вдоль первой координаты X [ЕР 2482080 А1]. В одном из вариантов сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта, может быть снабжен криокамерой.
Основной недостаток этого устройства заключается в том, что модификацию поверхности объекта осуществляют при перемещении блока пьезосканера, включающего блок зонда. Этот жеремещающийся модуль имеет значительную массу и низкие собственные резонансные частоты, что приводит к снижению качества модифицированной поверхности объекта из- за его нефункциональных колебаний в процессе модификации объекта и в результате к снижению разрешения измерений. Известен сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта, содержащий основание, на котором с возможностью функциональной подвижки установлен блок пьезосканера, с пьезосканером, имеющим продольную ось 0-01 , расположенную вдоль первой координаты X, при этом на пьезосканере закреплен держатель объекта с объектом, имеющим измерительную поверхность, расположенную в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, на основании установлен также блок зонда с держателем зонда, в котором закреплен зонд, имеющий возможность взаимодействия с измерительной поверхностью объекта, на основании установлен также блок пуансона с пуансоном, имеющим режущую кромку, размещенный на двухкоординатном приводе пуансона, при этом режущая кромка расположена вдоль второй координаты Y и имеет возможность взаимодействия с объектом, пьезосканер имеет возможность перемещения держателя объекта по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z и обеспечивает сканирование объекта в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, а также обеспечивает его перемещение вдоль первой координаты X [Патент RU2389032]. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток этого решения заключается в том, что известное устройство имеет низкое разрешение измерений, связанное со снижением резонансных частот пьезосканера при увеличении зоны исследования на объекте. Кроме этого функциональная (для среза объекта) подвижка блока пьезосканера уменьшает жесткость конструкции, что приводит к нефункциональным перемещениям объекта относительно зонда при измерениях объекта и также, снижает разрешение измерения.
Задача изобретения заключается в упрощении конструкции устройства путем объединения в единый блок средств измерения и средств модификации объекта. з Технический результат изобретения заключается в повышении разрешения измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что в широкопольном сканирующем зондовом микроскопе, совмещенном с устройством модификации объекта, содержащем основание, на котором установлен с возможностью подвижки блок пьезосканера, с пьезосканером, имеющим продольную ось 0-01, расположенную вдоль первой координаты X, при этом на пьезосканере установлен держатель объекта с объектом, имеющим измерительную поверхность, расположенную в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, содержащий также блок зонда с держателем зонда, в котором закреплен зонд, имеющий возможность взаимодействия с измерительной поверхностью объекта, на основании установлен также блок пуансона с пуансоном, имеющим режущую кромку, установленный на приводе пуансона, при этом режущая кромка расположена вдоль второй координаты Y и имеет возможность взаимодействия с объектом, пьезосканер имеет возможность перемещения держателя объекта с объектом по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, и обеспечивает сканирование объекта в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, а также обеспечивает его перемещение вдоль первой координаты X, привод пуансона выполнен трехкоординатным и обеспечивает перемещения пуансона по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, а блок зонда установлен на приводе пуансона. Существует вариант, в котором привод пуансона включает первый модуль перемещения по первой координате X, второй модуль перемещения по второй координате Y и третий модуль перемещения по третьей координате Z, установленные с возможностью рассоединения между собой. Существует вариант, в котором в устройство введен первый модуль поворота в плоскости координат XZ, установленный на основании, при этом привод пуансона закреплен на первом модуле поворота в плоскости координат XZ.
Существует вариант, в котором блок пьезосканера установлен на основании с возможностью юстировочной подвижки, которую обеспечивает второй модуль поворота в плоскости координат XZ.
Существует вариант, в котором в устройство введены магнитный вкладыш, установленный в блоке пуансона, и электромагнит, установленный на основании, при этом магнитный вкладыш сопряжен магнитным полем с электромагнитом.
На фиг. 1 изображена компоновочная схема сканирующего зондового микроскопа, совмещенного с устройством модификации объекта.
На фиг. 2 изображен вариант компоновки привода пуансона для исследования преимущественно горизонтально расположенных объектов. На фиг. 3 изображена измерительная зона на измерительной поверхности горизонтально расположенного объекта. На фиг. 4 изображен вариант компоновки привода пуансона для исследования преимущественно вертикально расположенных объектов.
На фиг. 5 изображена измерительная зона на измерительной поверхности вертикально расположенного объекта. На фиг. 6 изображен вариант, в котором устройство расположено внутри криогенной камеры.
Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта содержит основание 1 , на котором установлены блок пьезосканера 2, с пьезосканером 3, имеющим продольную ось 0-01, расположенную вдоль первой координаты X. Наиболее часто в качестве пьезосканера 3 используют пьезокерамическую трубку с электродами на внутренней и внешней поверхностях. При этом пьезокерамическую трубку (пьезосканер 3) одним концом закрепляют на неподвижном элементе (блоке пьезосканера 2), а другой ее конец за счет изгибов по второй координате Y и по третьей координате Z может осуществлять сканирование, приближенное к плоскости YZ, и одновременно осуществлять перемещение по первой координате X за счет расширения, например, части пьезокерамической трубки. В качестве пьезокерамических трубок наиболее часто используют трубки фирмы Physik Instrumente (Германия), например, РТ 230.24 и РТ 230.14. На пьезосканере 3 установлен держатель объекта 4 с объектом 5, имеющим измерительную поверхность 6, б расположенную в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z. Таким образом пьезосканер 3 осуществляет сканирование измерительной поверхности 6 объекта 5, приближенное к плоскости YZ, и одновременно осуществляет его перемещение по первой координате X. Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта содержит также блок зонда 10 с держателем зонда 11 , в котором закреплен зонд 12, имеющий возможность взаимодействия с измерительной поверхностью 6 объекта 5. В качестве зонда 12 можно использовать традиционно используемый в зондовой микроскопии кварцевый резонатор с острием (не показаны). В этом случае блок зонда 10 обычно включает предусилитель первичного сигнала. В данной конфигурации, когда сканирование при измерении осуществляется, объектом 4, в качестве зонда 12 можно также применять, традиционно используемый в зондовой микроскопии кантилевер (гибкую консоль с острием на свободном конце (не показана)). В этом случае блок зонда 10 будет представлять собой оптическую систему слежения за перемещением кантилевера. Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта содержит также блок пуансона 15 с пуансоном 16, имеющим режущую кромку 17, расположенную вдоль второй координаты Y. В качестве пуансона 16 используют, традиционно применяемый в микротомировании алмазный нож. В качестве блока пуансона 15 используется также традиционно применяемый в микротомировании механический держатель пуансона. Блок пуансона 15 установлен на приводе пуансона 18, при этом режущая кромка 17 имеет возможность взаимодействия с объектом 5. Привод пуансона 18 выполнен трехкоординатным и обеспечивает перемещения по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z. Блок зонда 10 установлен на приводе пуансона 18.
В одном из вариантов привод пуансона 18 включает первый модуль перемещения 21 по первой координате X, второй модуль перемещения 22 по второй координате Y и третий модуль перемещения 23 по третьей координате Z, установленные с возможностью рассоединения между собой. В качестве первого модуля перемещения 21 по первой координате X, второго модуля перемещения 22 по второй координате Y можно использовать, например, линейные пьезостейджи серии Р-611.1 фирмы Physik Instrumente (Германия), а в качестве третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Z можно использовать линейный пьезостейдж серии P-611.Z фирмы Physik Instrumente (Германия). Рассоединение между собой первого модуля перемещения 21 по первой координате X, второго модуля перемещения 22 по второй координате Y и третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Z может быть осуществлено с использованием их стандартных элементов крепления. В одном из вариантов в широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта введен первый модуль поворота в плоскости координат XZ 30, установленный на основании 1. Привод пуансона 18 закреплен на первом модуле поворота в плоскости координат XZ 30. Первый модуль поворота в плоскости координат XZ 30 включает платформу 3 1, в которой установлены первые винты 32 и вторые винты 33, имеющие возможность взаимодействия с основанием 1. В предпочтительном варианте целесообразно использовать два первых винта 32 и два вторых винта 33, разнесенные по координате X. При этом два первых винта 32 разнесены между собой по второй координате Y. Два вторых винта 33 также разнесены между собой по второй координате Y (не показано). Платформа 31 поджата к основанию 1 первым кронштейном 36 и вторым кронштейном 37 через упругие элементы 39, изготовленные, например, из витона.
В одном из вариантов блок пьезосканера 2 имеет возможность поворота пьезосканера 3 в плоскости координат XZ. Это может быть осуществлено вторым модулем поворота в плоскости координат XZ 42, а именно, поворотами первого эксцентрика 43 и второго эксцентрика 44 соответственно вокруг своих осей вращения 45 и 46. Блок пьезосканера 2 пожимается к первому эксцентрику 43 и второму эксцентрику 44 пружиной 47, один конец которой закреплен в основании 1 , а другой конец которой закреплен в блоке пьезосканера 2. В одном из вариантов в широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта введены магнитный вкладыш 50, установленный в блоке пуансона 15 и электромагнит 51 , установленный на основании 1. При этом магнитный вкладыш 50 сопряжен магнитным полем с электромагнитом 5 1. В качестве магнитного вкладыша 50 можно использовать пластину из сплава SmCo.
Пьезосканер 3, блок зонда 10, привод пуансона 18 и электромагнит 51 подключены к блоку управления 19.
В одном из вариантов основание 1 , с расположенными на нем элементами, размещено в криокамере 60 (фиг. 6), включающей корпус 61 с крышкой 62, сопряженной со средствами подачи хладагента (не показаны). Подробнее широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта в криогенном исполнении и его функционирование в криокамере 60 описано в [ЕР 2482080 А1, RU 2282257].
Устройство работает следующим образом. Закрепляют объект 5 на держателе объекта 4. Для этого часто используют эпоксидную смолу. Закрепляют зонд 12 в держателе зонда 11. Используя привод пуансона 18, а именно третий модуль перемещения 23, перемещают пуансона 16 по координате Z в сторону объекта 5 и осуществляют его срез, формируя измерительную поверхность 6. В процессе среза объекта 5 можно дополнительно использовать перемещение пуансона 16 вторым модулем перемещения 22 по второй координате Y, чтобы, например, режим линейного среза дополнить режимом «пилы» - периодическим перемещением по второй координате Y в обоих направлениях, чтобы эффективнее разрезать твердые включения в объекте 5. Эти твердые включения должны быть выявлены до установки объекта 5 в держатель объекта 4. После этого приводом пуансона 18, а именно вторым модулем перемещения 22, осуществляют движение пуансона 16 по второй координате Υ, чтобы вывести его из зоны взаимодействия с объектом 3. Также этот вывод может быть осуществлен приводом пуансона 18 по координате Ζ, а именно, третьим модулем перемещения 23, в сторону от объекта 5. Далее, используя привод пуансона 18, а именно, первый модуль перемещения 21 по первой координате X, осуществляют подвод зонда 12 к измерительной поверхности 6 объекта 5. После этого производят сканирование и исследование измерительной поверхности 6. В одном из вариантов можно перекомпоновать привод пуансона 18, используя оперативное рассоединение первого модуля перемещения 21 по первой координате X, второго модуля перемещения 22 по второй координате Υ, и третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Ζ. Вариант, изображенный на фиг. 1 наиболее целесообразен в том случае, когда измерительная поверхность 6 имеет большой (более 1 мкм) разброс высот (неоднородностей по первой координате X). В этом случае, если при исследовании измерительной поверхности 6 будет выявлена неоднородность по высоте, превышающая диапазон перемещения пьезосканера 3 по первой координате X, есть возможность оперативного отвода зонда 12 от измерительной поверхности 6. При этом используют первый модуль перемещения 21 по первой координате X, который отводит только блок зонда 10 без дополнительной массы, второго модуля перемещения 22 по второй координате Y, и третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Z, как если бы расположение первого модуля перемещения 21 по первой координате X, второго модуля перемещения 22 по второй координате Y, и третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Z была бы иным, чем на фиг. 1.
Если второй модуль перемещения 22 по второй координате Y поставить на место первого модуля перемещения 21 по первой координате X (фиг. 2), появляется возможность наиболее оптимального исследования удлиненных по второй координате Y объектов с формированием зоны сканирования 55, изображенной на фиг. 3. При этом используют второй модуль перемещения 2 по второй координате Y, который перемещает только блок зонда 10 без дополнительной массы, первого модуля перемещения 2 по первой координате X, и третьего модуля перемещения 23 по третьей координате Z.
Если третий модуль перемещения 23 по третьей координате Z поставить на место первого модуля перемещения 21 по первой координате X (фиг. 4), появляется возможность наиболее оптимального исследования удлиненных по третьей координате Z объектов с формированием зоны сканирования 56, изображенной на фиг. 5. При этом используют третий модуль перемещения 23 по третьей координате Y, который перемещает только блок зонда 10 без дополнительной массы, первого модуля перемещения 21 по первой координате X, и второго модуля перемещения 22 по второй координате Y.
В одном из вариантов в предложенном устройстве используют первый модуль поворота в плоскости координат XZ 30, установленный на основании 1. Используя первые винты 32 и вторые винты 33 за счет упругих элементов 39 можно выставлять нужный угол (в диапазоне +/- 5°) зонда 12 и пуансона 16 по отношению к объекту 5. В этом случае появляется возможность формировать срез объекта 5 в нужном направлении. Это может быть целесообразно, если интересующие неоднородности расположены на неизвестной глубине. Срез под углом к оси 0-01 может ускорить поиск зоны неоднородности. За счет использования второго модуля поворота в плоскости координат XZ 42 блок пьезосканера 2 имеет возможность поворота пьезосканера 3 в плоскости координат XZ. Вращают первый эксцентрик 43 и второй эксцентрик 44 и располагают блок пьезосканера 2 под углом по отношению к оси 0-01 в диапазоне +/- 10°.
Использование электромагнита 51 в совокупности с магнитным вкладышем 50 позволяет поджимать блок пуансона 15 к основанию 1, минимизируя люфты между блоком пуансона 15, первым модулем перемещения 21 по первой координате X, вторым модулем перемещения 22 по второй координате Y, третьим модулем перемещения 23 по третьей координате Z и первым модулем поворота в плоскости координат XZ 30. В этом случае в процессе среза объекта 5 можно осуществлять этот поджим, и улучшать качество измерительной поверхности 6. Также можно осуществлять поджим при сканировании и исследовании измерительной поверхности 6, что уменьшит нефункциональные перемещения зонда 12 в процессе измерения. То, что привод пуансона 18 выполнен трехкоординатным и обеспечивает перемещения по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z и осуществляет воздействие пуансона 16 на образец 5 строго по направлению координаты Z повышает качество среза измерительной поверхности 6 и разрешение измерений. То, что блок зонда 10 установлен на приводе пуансона 18 позволяет в процессе измерения помимо перемещения пьезосканера 3 по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z использовать дополнительные перемещения привода пуансона 18 по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z. В этом случае можно использовать пьезосканер 3 с уменьшенным диапазоном перемещения по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, с соответственно более высокой резонансной частотой. При этом повышается разрешение измерений.
То, что привод пуансона 18 включает первый модуль перемещения 21 по первой координате X, второй модуль перемещения 22 по второй координате Y и третий модуль перемещения 23 по третьей координате Z, установленные с возможностью рассоединения между собой позволяет их менять местами при исследовании различных объектов. Тот модуль, который наиболее часто будет использоваться при исследовании измерительной поверхности 6 объекта 5 целесообразно располагать ближе по координате Z к объекту 5. Это позволит повысить разрешение измерений.
То, что в устройство введен первый модуль поворота в плоскости координат XZ 30, установленный на основании 1 , привод пуансона 18 закреплен на первом модуле поворота в плоскости координат XZ 30, при этом блок пьезосканера 2 имеет возможность поворота пьезосканера 3 в плоскости координат XZ за счет второго модуль поворота в плоскости координат XZ 42 обеспечивает возможность среза объекта 5 под углом к оси 0-01, что повышает информативность исследований. При этом появляется возможность установки зонда 12 перпендикулярно измерительной поверхности 6, что повысит разрешение измерений.
То, что в устройство введены магнитный вкладыш 50, установленный в блоке пуансона 15 и электромагнит 51, установленный на основании 1, при этом магнитный вкладыш 50 сопряжен магнитным полем с электромагнитом 51 обеспечивает минимизацию люфтов в приводе пуансона 18. Это повышает качество среза объекта 5, повышает качество измерительной поверхности 6, уменьшает нефункциональные перемещения в процессе исследования измерительной поверхности 6 и повышает разрешение измерений.

Claims

Формула изобретения
1. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта и сканирования, содержащий основание (1), на котором с возможностью подвижки установлены блок пьезосканера 5 (2), с пьезосканером (3), имеющим продольную ось 0-01 , расположенную вдоль первой координаты X, при этом на пьезо сканере (3) закреплен держатель объекта (4) с объектом (5), имеющим измерительную поверхность (6), расположенную в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, содержащий также блок зонда (10) с держателем зонда (11), в котором ю закреплен зонд (12), имеющий возможность взаимодействия с измерительной поверхностью (6) объекта (5), на основании (1) установлен также блок пуансона (15) с пуансоном (16), имеющим режущую кромку (17), размещенный на приводе пуансона (18), при этом режущая кромка (17) расположена вдоль второй координаты Y и имеет возможность
15 взаимодействия с объектом (5), пьезосканер (3) имеет возможность перемещения держателя объекта (4) по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, и обеспечивает сканирование объекта (5) в плоскости второй координаты Y и третьей координаты Z, а также его перемещение вдоль координаты X, отличающийся тем, что привод
20 пуансона (18) выполнен трехкоординатным и обеспечивает перемещения пуансона (16) по первой координате X, по второй координате Y и по третьей координате Z, а блок зонда ( 10) установлен на приводе пуансона ( 18).
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что привод пуансона ( 18) включает первый модуль перемещения (21 ) по первой координате X, второй модуль перемещения (22) по второй координате Y, и третий модуль перемещения (23) по третьей координате Z установленные с возможностью
5 рассоединения между собой.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введен модуль поворота в плоскости координат XZ (30), установленный на основании (1 ), привод пуансона (18) закреплен на первом модуле поворота в плоскости координат XZ (30). ю
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок пьезосканера (2) установлен на основании (1) с возможностью юстировочной подвижки, которую обеспечивает второй модуль поворота в плоскости координат XZ (42).
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введены 15 магнитный вкладыш (50), установленный в блоке толкателя (15), и электромагнит (51 ), установленный на основании (1), при этом магнитный вкладыш (50) сопряжен магнитным полем с электромагнитом (51 ).
20
PCT/KZ2017/000011 2016-05-18 2017-05-18 Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта WO2017200364A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/302,142 US11237186B2 (en) 2016-05-18 2017-05-18 Wide-field scanning probe microscope combined with an apparatus for modifying an object

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20160436 2016-05-18
KZ2016/0436.1 2016-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017200364A1 true WO2017200364A1 (ru) 2017-11-23

Family

ID=60325411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2017/000011 WO2017200364A1 (ru) 2016-05-18 2017-05-18 Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11237186B2 (ru)
WO (1) WO2017200364A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233490C1 (ru) * 2003-06-05 2004-07-27 Зао "Нт-Мдт" Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством механической модификации поверхности объекта
RU2287129C2 (ru) * 2004-10-01 2006-11-10 Зао "Нт-Мдт" Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством срезания тонких слоев объекта
RU2389032C2 (ru) * 2008-07-24 2010-05-10 Антон Евгеньевич Ефимов Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
EP2482080A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-01 Efimov,, Mr. Anton Evgenievich Scanning probe microscope combined with a device for modification of the object surface

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2282257C1 (ru) 2005-08-24 2006-08-20 Зао "Нт-Мдт" Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
RU2572522C2 (ru) 2011-01-31 2016-01-20 Антон Евгеньевич Ефимов Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
US8476585B2 (en) 2011-03-02 2013-07-02 Gatan, Inc. Microtome utilizing a movable knife in a retardation field scanning electron microscope and a retardation field scanning electron microscope including the same
CN106461515B (zh) * 2014-05-12 2019-12-03 美国政府(由卫生和人类服务部的部长所代表) 用于块面成像的微型串行分割切片机
US10054613B2 (en) * 2015-01-05 2018-08-21 Private Institution “Nazarbayev University Research And Innovation System” Scanning probe microscope combined with a device for modifying the surface of an object

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233490C1 (ru) * 2003-06-05 2004-07-27 Зао "Нт-Мдт" Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством механической модификации поверхности объекта
RU2287129C2 (ru) * 2004-10-01 2006-11-10 Зао "Нт-Мдт" Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством срезания тонких слоев объекта
RU2389032C2 (ru) * 2008-07-24 2010-05-10 Антон Евгеньевич Ефимов Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
EP2482080A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-01 Efimov,, Mr. Anton Evgenievich Scanning probe microscope combined with a device for modification of the object surface

Also Published As

Publication number Publication date
US20190219610A1 (en) 2019-07-18
US11237186B2 (en) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10054519B2 (en) Oscillating microtome with flexure drive
JP6829075B2 (ja) ブロック面イメージング用の小型連続セクショニングミクロトーム
JP6581790B2 (ja) 走査プローブ顕微鏡
JP2598851B2 (ja) 位置決め装置
JP6578534B1 (ja) 超音波高速スキャン装置
CN102721833A (zh) 一种显微监控型可选区原子力显微成像方法及装置
RU2572522C2 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
WO2017200364A1 (ru) Широкопольный сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации объекта
JP2009250701A (ja) 装置構造及びその構造を備えた走査型プローブ顕微鏡
CN106568989B (zh) 一种基于石英音叉探针的深空环境原子力显微镜系统的卧式探头装置
WO2006090593A1 (ja) 走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを用いた走査型プローブ顕微鏡
EP2360481B1 (en) Near field optical microscope with optical imaging system
EP2482080B1 (en) Scanning probe microscope combined with a device for modification of the object surface
WO2016111608A1 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности объекта
JPWO2010067570A1 (ja) 走査型プローブ顕微鏡の出力処理方法および走査型プローブ顕微鏡
NL2029303B1 (en) Active dither balancing of motion stage for scanning probe microscopy
RU2653190C1 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством модификации поверхности образца
RU2695517C2 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп с устройством для функционирования многозондового датчика
US10564181B2 (en) Atomic force microscope with optical guiding mechanism
RU2287129C2 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством срезания тонких слоев объекта
RU2180726C1 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом
CN117716316A (zh) 光学仪器用载物台装置
Yasutake et al. Scanning tunneling microscope combined with optical microscope for large sample measurement
RU2488126C2 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с оптическим микроскопом
JPH07119566B2 (ja) 走査型プローブ顕微鏡

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17799721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17799721

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1