Сканирующий туннельный микроскоп

51) Н 01 д 3 П 26 О СУД АРСТВЕННЫЙО ИЗОВРЕТЕНИЯМ ИРИ ГКНТ СССР ИТЕТРЫТИЯМ(71) Институт физических проАН СССР(56) Авторское свидетельство1453475, кл, Н 01 Л 37/26 гСнайдер де Лозанн. Растронельный микроскоп на основеческих трубчатых пьеэоэлеменПриборы для научных исследов1988,4 с. 13.(54) СКАНИРУЮЩИЙ ТУННЕЛЬНЫЙ МИКР(57) Изобретение относится к злнои микроскопии и может быть исзовано гри исследованиях свойстповерхности при низких температЦелью изобретения является расши Изобретение относится к технике электронной микроскопии и может быт использовано прн исследованиях физи ческих свойств поверхностей твердых тел при низких температурах с разре шающей способностью порядка размеров атома.Целью изобретения является расши реиие функциональных возможностей микроскопа эа счет проведения измер ний в среде жидкогс гелия путем повышения собственной частоты ме ческих колебаний, 8016 МЩ 4 А 1 ние функциональных возможностей микроскопа за счет проведения измеренийв среде жидкого гелия путем повышения собственной частоты механических колебаний, Иикроскоп содержитвертикально ориентированный полыйцилиндрический корпус, В которомксаксиально расположены и жесткосоедичеиы по нижним смежным торцамвнешний и внутренний трубчатые пьезоэлементы (П), Измерительная иглазакреплена на верхнем тогце внутреннега П. Верхний торец внешнего Пжестко зафиксирован относительнокорпуса, а нижняя часть соединенныхП установлена в корпусе с возможностью вертикальнт о упруго регулируемого скольжения по его внутреннейповерхности, При этом держатель образца выполнен в ниде жестко закрепленного по краям по,гпружиненнсгоупругого диска, ., ил. На енг, 1 показана схема микроскопа, об.-,ий нггдгг на фиг, 2 - вид корпуса с упруги: элементсм, на фиг.Зсечение А-А на фиг. 2.Сканируюший туииельный микроскоп состоит пз голого цилиндрического 1корпуса 1 имеющего в своей средней части на внутренней поверхности два кольцеваобразных выступа 2 и 3. К боковой цилин гричсской говерхности выступа 3 приклеен своей верхней торцовой частью внешний трубчатый пьезоэлемент 4, а и.:гкней частью этот пье 169891эоэлемент установлен по скользящей.гпосадке относительно выступа э нижей частикорпуса 1, С внешним трубчатым пьезоэлементом 4 коаксиально1расположен внутренний трубчатый пьезоэлемент 6, который приклеен нижней.зстью, как и внешний пьезоэлемент,ф торцовому кольцу 7, К верхнемуторцу пьезоэлемента б приклеен игло,Ь".,1 жатель 8, в котором закрепленаг,трием вверх игла 9. Образец 10 приклеен на нижнюю поверхность упругогодиска 11 держателя образца. Полыйстакан 12 вставлен в верхнюю часть;корпуса и своим нижним торцом прижимает диск 11 к выступу 2, В дне стакана имеется резьбовое отверстие свинтом 13, взаимодействующим с диском 11 через пружину 14, В нижней,половине корпуса 1 (фиг. 2) выполнены две параллельные вертикальныепрорези 15, образующие лепесток 16,шириной Й/2 (Н - наружный радиускорпуса) .25На внутренних и внешних цилиндрических поверхностях пьезоэлементов4 и б нанесено токопроводящее покрытие, которое выполнено в виде четырех, изолированных секторов,30Микроскоп работает следующим образом,Приближение острия иглы к исследуемой поверхности образца осуществляется в две стадии, 35На первой стадии производитсясближение иглы с образцом спомощьюспециального манипулятора, представляющего собой металлический стержень,который вводится во внутреннюю полость внутреннего пьезоэлемента 6 досоприкосновения с торцом иглы 9. Поддействием усилия, создаваемого манипулятором, игла, проскальзывая в иглодержателе, приближается к поверхности образца до расстояния, позволяющего создать туннельный ток с помощьюсистемы тонкого регулирования, т,е.на расстояние порядка 10 мкм. Контрольрасстояния между острием движущей 50иглы и поверхностью образца осуществляется с помощью оптического микроскопа через окно в корпусе,Затем микроскоп укрепляют на труб55 ке иэ нержавеющей стали, в которой размещаются соединительные провода и манипулятор вращения винта 13. После этого его опускают в дьюар с жидким гелием, где он охлаждается дотемпературы 2-3 К,За счет того,-что внутренний б ивнешний 4 пьезоэлементы изготовленыиз одинакового материала и имеютпочти одинаковую длину, а внешнийпьезоэлемент установлен в нижней час-.ти по скользящей посадке, оба пьезоэлемента при охлаждении одинаковоизменяют свою длину, При этом иглодержатель 8 и игла 9 остаются напрежнем расстоянии относительно образца 10.На второй стадии вращение винта13 приводит к деформации диска 11и сближению держателя образца и иглы,При соответствующем выборе материалов и размеров элементов один оборотвинта соответствует смещению держателя образца на 2 мкм.При возникновении туннельноготока в цепи между иглой и образцомвращение винта 13 прекращается и проводятся измерения,Установка нижней части пьезоэлементов по скользящей посадке, обеспечение упругого скольжения с помощьюподжатого внутрь корпуса лепестка 16,а также повьппение жесткости держателя образца за счет введения упругогодиска 11 позволяет повысить жесткостьконструкции и увеличить частоту собственных колебаний по крайней мере.в 2 раза, В результате обеспечивается повышенная стабильность туннельного промежутка и может быть достигнуто разрешение микроскопа до 1 О нм,Формула изобретенияСканирующий туннельный микроскоп, содержащий вертикально ориентированный полый цилиндрический корпус с коаксиально расположенными в нем и жестко соединенными по нижним смежным торцам внутренним и внешним трубчатыми пьезоэлементами, иглу, закрепленную на верхнем торце внутреннего пьезоэлемента, и расположенный над иглой пружинный держатель образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет проведения измерений в среде жидкого гелия путем повьппения собственной частоты механических колебаний, верхний торец внешнего пьезоэлемента жестко зафиксирован относительно корпуса, нижняячасть соединенных пьезоэлементовустановлена в корпусе с воэможностьювертикального упругорегулируемогоскольжения по его внутренней поверх 5 ности, а держатель образца выполненв виде подпружиненного упругого диска, жестко закреплеййого й кбрпусапо его краям.1698914 фСоставитель В,1"аврвщинТехред Л.ОйиВньк .Корректор Р,Ревска Редактор С.Лиси Зак ВЯИИП 11 одиисноеениям и откр кая наб., д. вобре сударственного комитета ло 113035 Иссква Жям нри ГКНТ СС