Устройство для электронной юстировки фотодетектора в сканирующем силовом микроскопе

Полезная модель относится к механике, в частности к микроскопостроению и может быть использована для измерения величин прогиба и разворота кантилевера в сканирующем силовом микроскопе. Сущность полезной модели заключается в том, что предлагаемое устройство для электронной юстировки фотодетектора в сканирующем силовом микроскопе включает электрически связанные фотодетектор, усилители, и систему управления, состоящую из двух цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и управляющей ЭВМ. При этом входные концы ПАП подключены к управляющей ЭВМ, а выходные концы подключены к усилителям сигнала с фотодетектора. Технический результат заключается в повышении точности установки сигнала в ноль до 0,006%, снижении времени юстировки фотодетектора, уменьшении трудоемкости данного процесса и повышении простоты обслуживания микроскопа.

Полезная модель относится к механике, в частности к микроскопостроению и может быть использована для измерения величин прогиба и разворота кантилевера в сканирующем силовом микроскопе.

Известно устройство для юстировки фотодетектора (Быков В. А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхности. Диссертация док. тех. наук. /В.А.Быков; (Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В.Лукина), - Москва, 2000. - 297с.), состоящее из 4-х квадрантного фотодетектора электрически соединенного с усилителями и устройства для механического перемещения фотодетектора. Механическое перемещение фотодетектора по двум координатам позволяет устанавливать сигнал фотодетектора в ноль. Основными недостатками этого устройства являются невысокая точность выставления сигнала в ноль, составляющая несколько процентов, обусловленная необходимостью ручной юстировки фотодетектора, а так же невозможность автоматизации данного процесса.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для юстировки фотодетектора описанное в руководстве: М.Taub, G.Khanna, and E.Lilleodden SPM Training Manual. Version 1.3.Center for Materials Research, Stanford University, 2000, p.1-13. Это устройство состоит из фотодетектора, электрически соединенного с усилителями и зеркала, оптически связанного с фотодетектором, которое механически перемещается по двум координатам. В данном устройстве фотодетектор неподвижен, а установка сигнала в ноль осуществляется путем перемещения зеркала. Возможности конструкции позволяют увеличить диапазон регулировки, упрощают конструкцию измерительного узла микроскопа.

Недостатками известного устройства являются необходимость ручной установки сигнала в ноль - юстировки фотодетектора и невысокая точность данного процесса (не выше 0,5-5%).

Задачей данной полезной модели является автоматизация процесса юстировки фотодетектора в ноль и повышение точности этого процесса.

Поставленная задача выполняется благодаря тому, что устройство для юстировки фотодетектора снабжено системой управления электрически подключенной к усилителям, электрически связанными с фотодетектором.

Система управления может состоять из двух цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), входные концы которых подключены к управляющей ЭВМ, а выходные к усилителям сигнала с фотодетектора, и управляющей ЭВМ. Система управления осуществляет подачу на усилители сигнала с фотодетектора компенсирующих напряжений, делающих выходной сигнал равным нулю.

Предлагаемое устройство для электронной юстировки фотодетектора в сканирующем силовом микроскопе включает электрически связанные фотодетектор (1), усилители (2), и систему управления, состоящую из двух цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) (3) и управляющей ЭВМ (4). При этом входные концы ЦАП подключены к управляющей ЭВМ, а выходные концы подключены к усилителям сигнала с фотодетектора.

Устройство поясняется схемой.

Устройство для электронной юстировки фотодетектора в сканирующем силовом микроскопе работает следующим образом.

Управляющая ЭВМ в зависимости от величины сигнала на выходе усилителей (2) выдает на цифро-аналоговые преобразователи (3) код, который преобразуется цифро-аналоговыми преобразователями в компенсирующие напряжения соответствующих полярностей. Эти напряжения добавляясь на входе усилителей к имеющемуся сигналу, делают сигнал на выходе усилителей равным нулю. Для установки выходного сигнала фотодетектора в ноль на усилители подается дополнительный сигнал с выхода ЦАП, который компенсирует сигнал фотодетектора. Величина и полярность сигнала задается с помощью управляющей ЭВМ.

Таким образом, процесс установки сигнала в ноль можно полностью автоматизировать, а его точность определяется разрядностью используемых ЦАП и данной конструкции и составляет 16 бит.

Технический результат заключается в повышении точности установки сигнала в ноль до 0,006%, снижении времени юстировки фотодетектора, уменьшении трудоемкости данного процесса и повышении простоты обслуживания микроскопа.

В соответствии с сущностью полезной модели был изготовлен образец устройства. В настоящее время устройство для электронной юстировки фотодетектора используется для измерения величин прогиба и разворота кантилевера в сканирующем силовом микроскопе.

1. Устройство для электронной юстировки фотодетектора в сканирующем силовом микроскопе, включающее фотодетектор, электрически соединенный с усилителями, отличающееся тем, что устройство снабжено системой управления, электрически связанной с усилителями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система управления состоит из двух цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и управляющей ЭВМ, при этом входные концы ЦАП подключены к управляющей ЭВМ, а выходные - к усилителям сигнала с фотодетектора.