Туннельный микроскоп

(51)5 Н 01,) 37 28 МИТЕТТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сшпо(56) Авторское свидетельство СССР1201919, кл. Н 0137/26, 1984.Дрейк и др, Туннельный микроскоп для работы на воздухе и в жидкостях. - Приборы для научных исследований, 1986,3, с, 134.(54) ТУННЕЛЬНЫЙ МИКРОСКОП (57) Изобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для микроанализа поверхности твердых тел. Цель изобретения - повышение точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения влияния вибраИзобретение относится к туннельной микроскопии и может быть использовано для микроанализа поверхности твердых тел.Целью изобретения является повышение точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения влияния вибраций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов (ПЭ).На фиг. 1 показана схема туннельных ячеек микроскопа; на фиг. 2 - схема блока управления и его подключения к функциональным элементам микроскопа.Туннельный микроскоп содержит корпус 1, в котором установлены две идентичные туннельные ячейки, Каждая из этих ячеек включает (фиг. 1) ПЭ 2 и 3 перемещения образцов 4 и 5 в направлении осей игл 6 и 7, установленных на пьезоэлектрических системах 8 и 9 их плоскопараллельного перемещения, и узлы 10 и 11 установки начального положения игл. ПЭ 2 и 3 (фиг. 2) снабжены первой парой электродов 12 и 13 2ций, температурного дрейфа и деформации ползучести пьезоэлементов (ПЭ). В корпусе туннельного микроскопа установлены две идентичные тун нел ьны й ячейк и. Каждая из этих ячеек включает ПЭ перемещения образцов и пьезоэлектрические системы плоскопараллельного перемещения игл. ПЭ снабжены первой и дополнительной парами электродов управления. Блок управления включает источники напряжения, усилители, фильтры, усилители туннельного тока, а также задающий генератор и регистратор. Изменение туннельных промежутков вследствие вибраций или других воздействий компенсируется за счет функционирования дополнительных пар электродов управления и наличия обратной связи через дополнительный усилитель туннельного тока. 2 ил. управления и дополнительной парой электродов 14 и 15 управления. Блок управления включает первые последовательно соединенные источник 16 напряжения, усилитель 17 и фильтр 18 систем плоскопараллельного перемещения игл 6 и 7, вторые последовательно соединенные источник 19 напряжения и фильтр 20, выход которого соединен с первой парой электродов 13 управления ПЭ 3 первой туннельной ячейки. В цепь входа усилителя 21 туннельного тока (УТТ) включен источник 22 напряжения смешения, а параллельно этой цепи - резистор 23. Выход УТТ 21 соединен с вторым входом второго фильтра 20. Блок управления включает также задающий генератор 24, выход которого соединен с вторым входом первого усилителя 17 и первым входом регистратора 25, второй вход которого соединен с выходом УТТ 21. Дополнител ьно в блок управления введены дополнительный УТТ 26унтирующим его вход резистором 27 и долнительный фильтр 28, выход которогосоединен с параллельно соединенными между собой парами дополнительных электродов 14 и 15 управления ПЭ 2 и 3, Первый вход дополнительного фильтра 28 соединен с выходом дополнительного УТТ 26, а его второй вход - с первым входом второго фильтра 20. Цепь входа дополнительного УТТ 26 последовательно соединена с источником 22 напря- жения смещения. Оба УТТ 21 и 26 включают предварительный усилитель, логарифмический усилитель, интегратор и выходную схему. Микроскоп работает следующим образом.С помощью узлов 1 О и 11 иглы 6 и 7 устанавливают в такое положение, при котором в промежутке между иглами и образцами под действием напряжения источника 22 протекают равные туннельные токи. При этом на выходах УТТ 21 и 26 устанавливается напряжение, равное нулю, В обе туннельные ячейки помещают идентичные образцы, Для исследования поверхности образца 5 с задающего генератора 24 подаются сигналы развертки сканирования иглы 7 по двум взаимно перпендикулярным направлениям через первый усилитель 17, фильтр 18, пьезоэлектрические системы 8 и 9 и одновременно на регистратор 25, например ос циллограф. Перемещение иглы 7 вдол ь поверхности образца 5 вызывает изменение туннельного тока в промежутке и, соотвественно, падение напряжения на резисторе 23. Изменяющийся таким образом сигнал усиливается в УТТ 21 и через второй фильтр 20 подается на первую пару электродов 13 управления ПЭ 3, который перемещает образец 5 в направлении оси иглы так, что туннельный ток становится равным исходному его значению. Выходной сигнал УТТ 21 одновременно подается на регистратор 25, который отражает отклонения поверхности образца 5 относительно начальной точки.При возникновении вибраций начинают изменяться промежутки игла - образец в обеих туннельных ячейках и, соответственно, туннельный ток между иглой 6 и образцом 4 в дополнительной туннельной ячейке, определяющий на резисторе 27 входной сигнал дополнительного УТТ 26. Усиленный сигнал через дополнительный фильтр 28 одновременно подается на дополнительные пары электродов 14 и 15 управления ПЭ 2 и 3 так, чтобы свести туннельный ток к начальному значению. Это означает, что изменение туннельных промежутков вследствие вибраций компенсируется за счет функционирования дополнительных пар электродов управления и наличия обратной связи через дополнительный УТТ 26,Кроме того, за счет близости расположения и идентичности выполнения туннельных ячеек и образцов аналогичным образом компенсируется температурный дрейф и деформация ползучести ПЭ, а также нестабильность источника 22 напряжения смещения и второго источника 19 напряжения. В результате достигается повышение точности формируемого изображения поверхности,Формула изобретенияТуннельный микроскоп, содержащий туннельную ячейку с пьезометрической сис темой плоскопараллельного перемещения иглы и пьезоэлементом перемещения образца в направлении оси иглы с парой электродов управления, а также блок управления, включающий первые последовательно соединенные источник напряжения, усили тель и фильтр системы плоскопараллельногоперемещения иглы, вторые последовательно соединенные источник напряжения и фильтр, выход которого соединен с парой электродов управления пьезоэлемента перемещения образца, усилитель туннельного тока, в цепь входа которого включен источник напряжения смещения, его вход шунтирован резистором, а выход соединен с вторым входом второго фильтра, и задающий генератор, выход которого соединен с вторым вхоо дом первого усилителя и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом усилителя туннельного тока, отличаюи 1 ийся тем, что, с целью повышения точности формирования изображения исследуемой поверхности за счет уменьшения 5 влияния вибраций, температурного дрейфа идеформации ползучести пьезоэлементов, он снабжен дополнительной туннельной ячейкой, идентичной первой, причем каждый из пьезоэлементов перемещения образца первой и дополнительной туннельных ячеек выпол- чО нен с дополнительной парой электродов управления, а блок управления снабжен дополнительным усилителем туннельного тока с шунтирующим его вход резистором и дополнительным фильтром, выход которого соеди нен с параллельно соединенными между собой парами дополнительных электродов управления пьезоэлементов перемещения образца, его первый вход соединен с выходом дополнительного усилителя туннельного тока, второй вход соединен с первым входом5 О второго фильтра, а цепь входа дополнительного усилителя туннельного тока последовательно соединена с источником напряжения смещения.