Сканирующий туннельный микроскоп

 

Изобретение относится к электронным приборам, предназначенным для исследования физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью порядка размеров атома. Цель изобретения - упрощение конструкции сканирующего туннельного микроскопа - достигается путем более простой кинематической схемы перемещений подвижных элементов - стержней узлов позиционирования образца и иглы. Микроскоп содержит станину, в ребрах которой закреплены по периметру дискообразные биморфные пьезоэлементы с центральными отверстиями, в которых установлены подвижные стержни. Оси стержней взаимно перпендикулярны. Держатель иглы ориентирован перпендикулярно стержню и расположен между биморфными пьезоэлементами узла позиционирования иглы. Электроды управления этих пъезоэлементов выполнены в виде двух изолированных полуколец. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

<эSUuu 1 (g1)g Н Ql 3 37/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

l1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4400856/24-21 (22) 15.02.88 (46) 15.05.90, Бюл. 9 18 (7l) Институт физических проблем

АН СССР и Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов АН СССР (72) М,С,Хайкин и В.С.Эдельман (53) 621.385.833(088.8) (56) Скайр, Тил, Пьезоэлектрический предметный столик с подачей в пределах 50 мкм и разрешением лучше нанометра. — Приборы дпя научных исследований, 1978, Ф 12, с.137.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1453475, кл. Н 01 J 37/26, 1987. (54) СКАНИРУЮЩИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП (57) Изобретение относится к электронным приборам, предназначенным для исследования физических свойств поИзобретение относится к электронным приборам, предназначенным для исследования физических свойств поверхностей твердых тел с разрешающей способностью порядка размеров атома, и может быть использовано при разработке и производстве субмикроскопических элементов микроэлектроники.

Цель изобретения — упрощение конструкции сканирующего туннельного микроскопа (СТМ} за счет более простой кинематической схемы перемещения подвижных элементов узлов позииионирования образца и иглы.

На фиг.l показан СТМ, общий вид, на фиг.2 — биморфный пьезоэлемент

2 верхностей твердых тел с разрешающей способностью порядка размеров атома. м

Цель изобретения — упрощение конструкции сканирующего туннельного микроскопа — достигается путем более простой кинематической схемы перемещений подвижных элементов — стержней узлов позиционирования образца и иглы. Микроскоп содержит станину, в ребрах которой закреплены по периметру дискообразные биморфные пьезоэлементы с центральными отверстиями, в которых установлены подвижные стержни. Оси стержней взаимно перпендикулярны.

Держатель иглы ориентирован перпендикулярно стержню и расположен между биморфными пьезоэлементами узла позиCl ционирования иглы. Электроды управления этих пьезоэлементов выполнены в виде двух изолированных полуколец., (», 5 ил. (БПЭ) узла позиционирования иглы; на фиг, 3 — сечение указанного БПЭ; на фиг,4 и 5 — характер деформации этого БПЭ для разных вариантов выбора полярности питающего напряжения„

Основу СТМ составляет станина 1 (фиг. 1),âêëâ÷àêùàê два продольных ребра. 2, жестко соединенные в нижней части двумя поперечными ребрам 3.

В верхней части продольных ребер 2, а также в поперечных ребрах выполнены круглые окна, в которых закреплены по периметру дискообразные

БПЭ 4 и 5, В центральных отверстиях

БПЭ 5 установлены втулки 6, в которых жестко установлен стержень 7 уз1564702.ла позиционирования образца, На тор,це этого стержня расположен образец 8.

В центральных отверстиях БПЭ 4 установлены аналогичные втулки 6, 5 в которых установлен стержень 9 узла позиционирования иглы. B середине стержня 9 установлен держатель 10 иглы, острием направленной к образцу.

БПЭ 4 содержит (фиг,2,3) мембра ну 11, представляющую собой тонкий металлический диск с центральным отверстием. К обеим сторонам мембраны приклеены пьезокерамические кольца 12. На внешней поверхности этих колец расположены электроды 13, выполненные в виде двух изолированных друг от друга полуколец.

Микроскоп работает следующим образом. 20

Подведение иглы осуществляется ,перемещением стержня 9 вдоль его ocu (выбор координаты Х) и его поворотом вокруг оси (выбор координаты Y ), 3 а тем устанавливают туннельный контакт между образцом 8 и иглой, перемещая стержень 7 вдоль его оси (ось Е).

Перемещение стержней 9 и 7 осуществляют, например, внешним манипулятором.

После достижения туннельного контакта между иглой и образцом производят сканирование иглы относительно поверхности образца.

Дпя этого на одну из противоположных пар электродов 13 каждого из

БПЭ 4 подают сумму двух пилообразных

35 напряжений строчной и кадровой разверток, а на другую пару электродов 13 подают разность этих напряжений. При этом период строчной разверт ки в и раз меньше периода кадровой развертки, где и — число строк в кадре. Таким образом„напряжения строчной развертки на всех электродах 13 имеет один знак и под его воздействи- 45 ем БПЭ прогибается так, что его центральная часть. перемещается вдоль оси относительно наружного края (фиг.4), Тем самым БПЭ 4 перемещают стержень 9 с иглой вдоль оси Х. Напряжения же кадровой развертки на противоположных парах электродов 13 имеют разный знак, Поэтому под одной из пар этих электродов БПЭ прогибается в одну, а под другой парой — в противоположную сторону. В результате центральная часть пьезоэлемента поворачивается относительно исходного положения на некоторый угол (фиг.S) и посредством втулок 6 БПЭ 4 изгибают стержень 9 в плоскости Х,У, Благодаря изгибу центральная часть стержня 9 вместе с иглой перемещается в направлении оси Y.

При сканировании иглы БПЭ 5 перемещают образец 8 вдоль оси Z под действием сигнала обратной связи, поддерживающего постоянный туннельный ток между образцом и иглой и, тем самым, поддерживают постоянное расстояние между ними в процессе сканирования, формула изобретения

Сканирующий туннельный микроскоп, содержащий станину, узлы позиционирования образца и установленной в держателе иглы, выполненные в виде подвижных стержней, жестко и соосно установленных в центральных отверстиях дискообразных биморфных пьезоэлементов, закрепленных по периметру в ребрах станины и снабженных электродами управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждый из стержней установлен в двух биморфных пьезоэлементах, при этом оси стержней взаимноперпендикулярны, а держатель иглы ориентирован перпендикулярно стержню и расположен между биморфными, пьезоэлементами узла позиционирования иглы, электроды

° которых выполнены в виде двух изолированных полуколец.

1564702

1564702

Составитель В. Гаврюшин

Техред M,Äèäûê Корректор О.Ципле

Редактор А,Долинин

Заказ 1164

Тираж 400 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101