Сканирующий туннельный микроскоп

(504 Н 01 1 37 ЕННЫИ КОМИТЕТ етениям и отнРытиям(71) Институт физических проблем АН СССР.(56) СегЬег СЬ., Вдппд 8 С ег а 1. Ясаппп 8 гиппе 1 дп 8 ш 1 сгозсоре сошЬпеб чиЬ а зсапппя е 1 есйгоп шьсгозсоре. Кеч 1 еи оГ Бс 1 епгйс 1 пзФгошепгз 57, У 2, 221, 1986.(54) СКАНИРУЮЩИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП(57) Изобретение относится к электронным приборам для исследования физических свойств поверхностей твердых тел. Целью изобретения являетсярасширение поля наблюдения до 1000 мкмфза счет использования биморфных пьезоэлементов в виде дисков. Сканирующий туннельный микроскоп содерзитдисковый биморфный пьезоэлемент 2,в центре которого закрепляется об1453475 разец 3, напротив которого установ;лена измерительная игла 4, закрепленная в фиксаторе 5 на цилиндрическом пьеэоблоке 6, обеспечивающем перемещение иглы 4 по координате Е. Пьеэоблок 6 жестко закреплен на упругой мембране 7 и соединен гибким стержнем 8 с сердечником 9, соединенным упругими пластинами 10 с втулками 11, установленными в центрах дисковых , биморфных пьезоэлементов 12. Сканирование игль 1 по кадру вдоль поверхИзобретение относится к электронным приборам для исследования физических свойств поверхностей твердых тел и может использоваться в скани 5 ;рующих туннельных микроскопах с разрешающей способностью порядка размеров атома.Цель изобретения - расширение поля наблюдения до 1000 мкм - достига-10 ется за счет использования биморфнык пьезоэлементов, в виде дисков, деформация которых под действием прило,женного электрического поля на два порядка превосходит деформацию пьезоэлементов, работаюших на поперечНом пьезомодуле, и обеспечения движения по двум координатам сердечника, на. котором установлен один из электродов микроскопа - игла, при помощи двух пар биморфных пьезоэлементов установленных взаимно перпендикулярно и связанных с сердечником упругими пластинами так, что пара пластин одного направления не препятствует движению сердечника под действием пары упругих пластин другого направления причем каждая пара упругих пластин, соединяющих биморфные пьезоэлементы с сердечником, расположена в одной плоскости, перпендикулярной плоскости расположения другой пары упругих пластин.На чертеже изображено устройство,общий видСканирующий туннельный микроскоп содержит станину 1, в верхней части которой на дисковом биморфном пьезоэлементе 2 укреплен образец 3 так ности образца осуществляется за счет прогиба пьезоэлементов 12 под действием подаваемого на них пилообразно" го напряжения, которые через втулки 11 толкают упругие пластины 10. При движении сердечника 9 по оси Х другие две упругие пластины изгибаются, не препятствуя его перемещению, Устройство позволяет получить геометрические профили поверхностей образ-, цов на участках с размерами до 1000 мкм, 1 ил. что его можно установить на малом расстоянии от другого электрода - измерительной иглы 4. Игла 4 укреплена в фиксаторе 5 на цилиндрическом пьезоблоке 6, обеспечивающем ее перемещение по координате Е, Пьезоблок 6 жестко закреплен на упругой мембране 7 и, соединен гибким стержнем 8 с сердечником 9. Упругие пластины 10 сое" диняют сердечник 9 с втулками 1 1, установленными в центральных отверстиях дисковых биморфных пьезоэлементов 12, которые укреплены по их внешнему краю на станине 1. Сердечник 9 опирается на остроконечный штифт 13, в свою очередь опирающийся на регулировочный винт 14, ввернутый в нижнюю частьстанины 1.Устройство работает следующим образом.Сканирование иглы по кадру вдоль поверхности образца осуществляется эа счет того, что биморфные пьезоэлементы 12, прогибаясь под действием подаваемого на них пилообразного напряжения, через втулки 11 толкают упругие пластины 10, лежащие в плоскости ХЕ, и сердечник 9 в направлении оси Х (биморфные пьезоэлементы включены в электрическую схему так, что прогибаются синхронно влево или вправо). При этих движениях (малой амплитуды) сердечника 9 по оси Х другие две упругие пластины, лежащие в плоскости УЕ, изгибаются и не препятствуют указанному движению сканирования в направлении Х. Другая пара биморфных пьезоэлементов аналогичным обра14534 зом производят сканирование в направлении У. Движения сердечника 9 через упругий стержень 8 передаются пьеэоблоку 6, качающемуся около центра мембраны 7 вместе с укрепленными на5 нем фиксатором 5 и измерительной иглбй 4. Благодаря малости амплитуды качаний, сканирование кончика иглы происходит по участку сферической поверхности, практически не отличающемуся от плоскости.Штифт 13, зажатый между винтом 14 и сердечником 9, не препятствует сканированию в плоскости ХУ, но исключает возможность движения сердечника 9 в направлении оси 2 под действием помех от внешних вибраций. Пьезоблок 6 перемещает измерительную иглу 4 вдоль оси 2 под действием сигнала обратной связи, поддерживающего пос- . . тоянный туннельный ток между электродами, и, тем самым, постоянное расстояние между ними в процессе сканирования. 25Использование изобретения позволяет получать геометрические профили (карты уровней) поверхностей металлов или полупроводников, а также карты их электронных свойств на участках с раз-З 0 мерами от 100 нм.с атомным разрешением в плоскости ХУ, до ". 100 мкм (и более) с разрешением, определяемым числами шагов сканирования по строкам и кадрам. При этом разрешение пооси 2, т.е. по, глгбине профиля, может достигать .10 нм и быть пониженодо О, 1-1 нм. Формула изобретенияСканирующий туннельный микроскоп,содержащий станину с закрепленнымна ней узлом позиционирования образцаи узлом перемещения по трем взаимноперпендикулярным координатам измерительной иглы, выполненным из трехвзаимно перпендикулярных пьезоблоков,о т т и ч а ю щ и й с я тем, .что,с целью расширения поля наблюдениядо 1000 мкм, узел перемещения выполнен в виде сердечника, соединенногочерез радиально расположенные четыреупругие пластины с первым и вторымпьезоблоками, каждый из которых выполнен в виде двух вертикальных идиаметрально расположенных дискоебразных биморфных пьезоэлементов, закрепленных по периметру в станине, ирасположенного над сердечником и соединенного с ним через упругий стержень третьего цилиндрического пьезоблока, верхний торец которого закреплен в горизонтальной упругой мембранеи снабжен фиксатором измерительнойиглы,Составитель Д.РауТехред Л.Сердюкова Корректор Л Пилипенко Редактор С.Патрушева Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4е 1 Заказ 7291/49 Тираж 694ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета йо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5