Туннельный микроскоп

которыхости и иборам ия повй ток довым прследовантуннельнЦельбаритов ение изобретени кцин тун- совмещетрия и упрощение ко икроскопа за тр че ельног ье тор"аго отно езоэлемента Внешний п це внутреннегокреплено острие н о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институтстроения Научинения АН СССР(56) Патент Швейцаркл. Н 01 3 37/285,Птахе В. БоппепйНапзша Р. Бсапп 1 прзсоре оГ РгосеззезТпгегйасез - Бцгйасч.181, И 1/2 Матса(1), р,92-97.РОСКОПносится к элекчастности к микров которых для иссти используетсяь изобретения ния функции сканирования овзаимного позиционированиясительно объектодержателяконструктивном узле.,ЯО 1520609 А 1 уменьшение габаритов и упрощение кструкции туннельного микроскопа -достигается за счет совмещения функций сканирования острия и взаимногопозиционирования его относительнообъектодержателя в одном конструктивном узле. Микроскоп содержит основание и термокомпенсированный узелсканирования из двух трубчатых соосных пьезоэлементов. Узел взаимногопозиционирования образован путем закрепления узла сканирования в подвижном относительно основания корпусепо свободному торцу внешнего пьезоэлемента. Корпус при этом зафиксирован относительно основания силойтрения, которая больше усилий, возникающих при сканировании острия, именьше усилий, развиваемых внешнимпьезоэлементом, если к его электродам приложено пилообразное напряжение, и несимметричными фронтами импульсов. 2 ил. На фиг.1 и 2 показана туннельн ячейка при вертикальном и гор тальном расположении оси остр рианты выполнения.Туннельный микроскоп содержит термокомпенсированный узел сканирования, состоящий из двух соосно расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых зоэлементов 1 и 2. На свободном1520609 10 щ (М+М, +М) 35 элемент 2 закреплен вторым торцом в подвижном относительно основания 4 корпусе 5. Корпус зафиксирован относительно основания силой трения в направлении, параллельном оси пьезоэлементов. Значение силы трения Я должно находиться в пределахК, х, М,Ы ( , х,(М,+М,),где Г 1, Г - максимальная частотаизменения длины и резонансная частота соответственно внутреннегои внешнего пьезоэлементов, с;х, хв . максимальные изменениядлин пьезоэлементов приподаче на них напряжений, м; 20ММ - массы пьезоэлементов,кг;- коэффициент трения по-,коя между корпусом и ос-.нованием; 25Ц - сила прижима корпуса иоснования, кг.При вертикальном расположении острия 3 (фиг.1) прижим осуществляется, например, упругими элементами 6, 30 а при горизонтальном (фиг.2) прижим обеспечивается за счет веса узла, т,е. в этом случае где М - масса корпуса, кг;8 - ускорение свободного падения, м/сВнутренний пьезоэлемент 1 имеет разрезной электрод для управления сканированием острия по трем координатам, а к электродам внешнего пьезоэлемента 2 подключен выход источника 7 пилообразного напряжения с несимметричными фронтами импульсов.Микроскоп работает следующим образом.При подаче пилообразного напряжения от источника 7 на электроды внешнего пьезоэлемента 2 он изменяет свою длину медленно при пологом фронте импульса и быстро при крутом фронте импульса. При медленном изменении длины корпус 5 не сдвигается отно сительно основания 4. При резком изменении длины сила инерции превышает силу трения, корпус 5 проскальзывает относительно основания Послетого, как острие 3, закрепленноена узле сканирования 1, приблизитсяк объектодержателю 8, переходят к режиму сканирования, в котором внешнийпьезоэлемент 2 не участвует. Благодаря тому, что масса внутреннегопьезоэлемента 1 много меньше массы внешнего, силы инерции, возникающие при сканировании, существенно меньше силы трения между подвижным корпусом 5 и основанием 4, поэтому во время сканирования корпус не сдвигается,П р и м е р. Параметры внутренне- . го пьезоэлемента - длина 20 мм; толщина стенок 0,5 мм; внешний диаметр 10 мм; рабочая частота Г =500 Гц;максимальное смещение х=10 м; масса (с острием) М,= 6 10 кг.Параметры внешнего пьезоэлемента - длина 27 мм; толщина стенок 1 мм;внешний диаметр 18 мм; рабочая частота Г = 2 1 О Гц; максимальное смещение х= 10 м; масса М =14 1 О кг-6 -3Коэффициент трения принят 1=0,3, что справедливо для широкого класса материалов. Масса корпуса 5 составляет 20 г, сила прижима должна быть больше 130 г. Поэтому в варианте (фиг.1) сила прижима может выбираться в пределах130 ( О ( 268. Аналогичные расчеты делаются длядругих вариантов. формула изобретения Туннельный микроскоп, содержащий основание, термокомпенсированный узел сканирования, выполненный из двух соосно. расположенных и скрепленных между собой смежными торцами трубчатых пьезоэлементов, иа внутреннем из которых со стороны свободного торца установлено острие, узел взаимного позиционирования острия и объектодержателя, включающий подвижный относительно основания корпус, а также систему питания пьезоэлементов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения конструкций, система питания снабжена источником пилообразного напряжения с несимметричными фронтами импульсов, выход которого соединен с внешним пьезоэлементом, а узел взаимного позиционирования образован путем завненнего пьезоэлементов,хх - максимальное изменение фиг. 2 орректор Т.Малец писно крытиям при ГКНТ СССР осударственного комитета по изобретениям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб ельский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1 Производственно 5 1520609 крепления узла сканирования в подвижном корпусе по свободному торцу внешнего пьезоэлемента, при этом корпус зафиксирован относительно основания5 силой трения в направлении, параллельном оси пьезоэлементов, удовлетворяюЩей условию,Е 1 х,М, (Щ (й х (М+ М )г 10 где Г Е - максимальная частотаизменения длины и резонансная частота соответственно внутреннего и Составитель В.ГаврюРедактор А,Мотыль Техред Л.Сердюкова аказ 6765/54 Тираж 696 длин пьезоэлементов приподаче на них напряжений, м;массы пьезоэлементов,кг;коэффициент трения покоя между корпусом и основанием;сила прижима корпуса коснованию, кг