Features of the Application of Approach Actuators when Using Tunneling Microscope for Technological Surface Control
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2018-2-48-55Keywords:
сканирующий туннельный микроскоп, шаговый пьезоэлектрический привод, зондирующее острие, цифровая обратная связь, прецизионные перемещенияAbstract
В статье рассмотрены особенности использования шаговых пьезоэлектрических приводов в условиях интенсификации процессов сближения образца и зондирующего острия сканирующего туннельного микроскопа при контроле поверхности образца. Показано, что попеременное включение и выключение привода сближения и цепи обратной связи в туннельном микроскопе позволяет использовать относительно высокие скорости шагового пьезоэлектрического привода, сохранить зондирующее острие измерительной иглы в процессе сближения и увеличить коэффициент использования цепи обратной связи. Кроме того, установлено, что выключение привода позволяет снизить уровень помех при работе обратной связи. Описана конструкция механической муфты с держателем образца, обеспечивающая сопряжение подвижной части привода с держателем и разрыв механической связи после завершения сближения с целью устранения влияния тепловых дрейфов. Описан основной алгоритм управления приводом сближения, состоящий из повторяющихся процедур: формирование управляющих импульсов для шагового пьезоэлектрического привода; включение цепи обратной связи и проверка наличия туннельного тока. Представлены особенности алгоритма управления приводом сближения в завершающей стадии, позволяющего разомкнуть механическую связь подвижной части привода с держателем образца и удержать сканер в середине динамического диапазона.References
Tersoff J. and Hamann D. R. Theory and application for scanning tunneling microscope // Phys. Rev. Lett. Vol. 50, pp. 1998-2001 (1983).
Tersoff J. and Hamann D. R. Theory of the scanning tunneling microscope // Phys. Rev. B, vol. 31 (2), 805-813 (1985).
Pong W.-T., Durkan C. A review and outlook for an anomaly of scanning tunnelling microscopy (STM): superlattices on graphite, Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 38, pp. R329-R355, 2005.
Simons J. G. Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separated by a thin insulating film // J. Appl. Phys., 34, 1793 (1963).
Simons J. G. Electric tunnel effect between dissimilar electrodes separated by a thin insulating film // J. Appl. Phys., 34, 2581 (1963).
Неволин В. К. Зондовые нанотехнологии в электронике. М. : Техносфера, 2005. 152 с.
Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М. : Техносфера, 2004. 143 с.
Рыков С. А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов. СПб. : Наука, 2001. 53 с.
Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. 2-е изд., испр. и доп. М. : Наука-Физматлит, 2007. 416 с.
Сканирующая туннельная микроскопия фуллеренов на поверхности металлов и полупроводников / Р. З. Бахтизин, Т. Хашицуме, Ш.-Д. Вонг, Т. Сакурай // УФН. 1997. Т. 167. № 3. С. 289-307.
Бенда А. Ф., Поташников П. Ф. Материалы нанотехнологий в полиграфии. Ч. 4. Сканирующая зондовая микроскопия и другие методы нанодиагностики запечатываемых материалов : учеб. пособие. М. : МГУП имени Ивана Федорова, 2014. 136 с.
Трояновский А. М., Roditchev D. Компактный 3D-нанопозиционер сканирующего туннельного микроскопа, работающий при температурах 4.2-300 К // ПТЭ. 2012. № 6. С. 110-116.
Mininni; Paul I, Osborne; Jason R., Young; James M., Meyer; Charles R. Method and apparatus for rapid automatic engagement of a probe // US Pat 7665349 February 23, 2010.
Пат. 2497134 Российская Федерация, МПК G01Q10/00. Способ подвода зонда к образцу для сканирующего зондового микроскопа / Маловичко И. М. ; заявл. 05.12.2011.
Гуляев П. В. Низковольтный инерционный пьезоэлектрический привод вращательно-поступательного типа // Электротехника. 2014. № 7. С. 12-16.
Высокоточный инерционный пьезоэлектрический привод вращательно-поступального типа / П. В. Гуляев, Ю. К. Шелковников, А. В. Тюриков, Н. И. Осипов // Электротехника. 2010. № 10. С. 8-11.
Формирование наноперемещений пьезоэлектрическим осциллятором и кинематической парой вращения / А. М. Липанов, П. В. Гуляев, Е. Ю. Шелковников и др. // Письма в Журнал технической физики. 2011. Т. 37. № 15. С. 55-61.
Гуляев П. В. Особенности применения схем замещения при проектировании инерцоидных пьезоэлектрических приводов // Электротехника. 2011. № 10. С. 8-13.
Гуляев П. В., Шелковников Е. Ю., Тюриков А. В. Влияние нагрузки на переходные процессы в инерционных пьезоэлектрических приводах вращательно-поступательного типа // Ползуновский вестник. 2013. № 2. С. 102-105.
Гуляев П. В., Шелковников Ю. К., Тюриков А. В. Дополнительные элементы управления инерционными пьезоэлектрическими приводами наноперемещений // Ползуновский вестник. 2014. № 2. С. 223-226.
Автоматизация процесса сближения зондирующей иглы и образца в электрохимическом туннельном микроскопе / П. В. Гуляев, Н. И. Осипов, М. Р. Гафаров и др. // Ползуновский вестник. 2011. № 3-1. С. 200-203.
А. С. 1616490 СССР, МПК Н02 N 2/00 H01 L 41/09. Пьезоэлектрическое устройство инерционного перемещения объекта / А. О. Голубок и др.
А. С. 1537088 СССР, МПК Н 01 L 41/08 H 02 N 11/00. Устройство для микроперемещений объекта / Д. Г. Волгунов, А. А. Гудков, В. Л. Миронов.
А. С. 1520609 СССР, МПК Н 01 J37/285. Туннельный микроскоп / С. М. Войтенко, А. О. Голубок и др.
А. С. 1797149 СССР, МПК Н 01 J37/285. Сканирующий туннельный микроскоп / В. С. Эдельман и др.
Сканирующий туннельный микроскоп с большим полем зрения, совместимый с растровым электронным микроскопом / А. П. Володин, Г. А. Степанян, М. С. Хайкин, В. С. Эдельман // ПТЭ. 1989. № 5. С. 185-187.
Svensson K., Althoff F., Olin H. A compact inertial slider STM // Meas. Sci. Technol. 1997. Vol. 8. Р. 1360-1362.
Pohl D. W. Sawtooth Nanometer Slider: A versatile low voltage piezoelectric translation device // Surf.Sci. 1987. Vol. 181. P. 174-175.
