close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14816

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14816
(13) C1
(19)
G 01Q 10/00
(2010.01)
СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНДОВЫЙ МИКРОСКОП С СИСТЕМОЙ
АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА КАНТИЛЕВЕРОМ
(21) Номер заявки: a 20091044
(22) 2009.07.10
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт тепло- и
массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Автор: Худолей Андрей Леонидович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2227333 C1, 2004.
RU 2334214 C2, 2008.
RU 2249264 C1, 2005.
RU 2233490 C1, 2004.
JP 8211079 A, 1996.
JP 2000266769 A, 2000.
US 2002/088937 A1.
BY 14816 C1 2011.10.30
(57)
Сканирующий зондовый микроскоп с системой слежения за кантилевером, содержащий
блок управления, сопряженный с основанием сканер, кантилевер с отражающей поверхностью, закрепленный на сканере, систему предварительного сближения кантилевера и образца, первое зеркало, связанное со сканером, и лазер, оптически сопряженный с первым
зеркалом, кантилевером с отражающей поверхностью и фотоприемником, причем первое
зеркало закреплено консольно на сканере с возможностью поворота вместе с кантилевером
с отражающей поверхностью, а к блоку управления подключены сканер, лазер, фотоприемник и система предварительного сближения кантилевера и образца, отличающийся тем,
что блок управления содержит систему контроля угла закручивания консоли кантилевера,
BY 14816 C1 2011.10.30
включающую последовательно соединенные модуль обработки данных и модуль управления, причем модуль обработки данных связан с фотоприемником, а модуль управления
подключен к сканеру, на котором закреплен кантилевер с отражающей поверхностью.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сканирующим зондовым микроскопам с системой автоматического слежения за кантилевером, и может быть
использовано для измерений рельефа, линейных размеров и физических характеристик
поверхностей, литографии, а также для манипулирования микро- и нанообъектами.
Известен сканирующий зондовый микроскоп [1], содержащий систему подачи и сканирования образца, измерительную головку, включающую платформу, установленные на
ней полупроводниковый лазер и фотодатчик отклонения отраженного луча лазера, электронные схемы управления и регистрации, включающие канал сканирующего туннельного микроскопа, канал атомно-силового микроскопа и канал обратной связи, систему
акустической, конвекционной и виброзащиты, кантилевер и иглу сканирующего туннельного микроскопа, при этом кантилевер и игла сканирующего туннельного микроскопа закреплены на дополнительно введенном столике, установленном в измерительной головке
с возможностью перемещения, а канал обратной связи дополнительно снабжен реле,
обеспечивающим подключение канала обратной связи либо к выходу канала сканирующего туннельного микроскопа, либо к выходу канала атомно-силового микроскопа. Основное достоинство такой конструкции состоит в многофункциональности микроскопа.
Однако в процессе сканирования поверхности образца атомно-силовым микроскопом
возможны сбои из-за потери оптической связи между лазером и фотоприемником.
Также известен сканирующий зондовый микроскоп [2], который содержит пьезосканер с первым кронштейном, на котором установлен кантилевер, сопряженный со сканируемым объектом, а также лазер, закрепленный посредством второго кронштейна на
пьезосканере и оптически сопряженный с кантилевером и фотоприемником, установленным в зоне регистрации отраженного от кантилевера луча. Такая конструкция обеспечивает быструю настройку системы слежения при замене кантилевера и поддерживает
устойчивую оптическую связь между лазером и фотоприемником при сканировании. Однако размещение лазера на пьезосканере значительно усложняет процесс юстировки оптической системы.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству по технической сущности является
конструкция сканирующего зондового микроскопа с системой автоматического слежения
за кантилевером [3], включающая сопряженный с основанием сканер с кантилевером с
отражающей поверхностью, закрепленным на сканере с возможностью взаимодействия с
образцом, систему предварительного сближения кантилевера и образца, блок управления,
первое зеркало, связанное со сканером, и лазер, оптически сопряженный с первым зеркалом, кантилевером с отражающей поверхностью (второе зеркало) и фотоприемником.
Траектория перемещения кантилевера с отражающей поверхностью расположена на сфере. Первое зеркало закреплено консольно на сканере с возможностью поворота вместе с
кантилевером с отражающей поверхностью вокруг центра сферы таким образом, что отражающая поверхность первого зеркала обращена в сторону кантилевера с отражающей
поверхностью и является срединным перпендикуляром к отрезку, соединяющему текущее
положение кантилевера с отражающей поверхностью и центр сферы, а продолжение оптической оси лазера за первое зеркало проходит через центр сферы. Это обеспечивает при
сканировании постоянное попадание луча лазера на отражающую поверхность кантилевера за счет отклонения первого зеркала, связанного со сканером. В свою очередь, лазер и
фотоприемник установлены с возможностью юстировки по трем координатам. Сканер,
лазер, фотоприемник, а также система предварительного сближения кантилевера и образца подключены к блоку управления.
2
BY 14816 C1 2011.10.30
Основное достоинство такой конструкции состоит в обеспечении высокой точности
слежения за положением кантилевера с отражающей поверхностью. Однако существенным недостатком является возможная поломка острия и/или консоли кантилевера с отражающей поверхностью в процессе сканирования поверхности образца. В этом случае
выход из строя кантилевера с отражающей поверхностью обусловлен следующим. При
сканировании поверхности образца с высокими неровностями острие кантилевера с отражающей поверхностью может механически зацепиться за неровность и/или упереться в
нее. В этом случае важно предотвратить дальнейшее перемещение сканером консоли кантилевера с отражающей поверхностью, в противном случае произойдет поломка острия
и/или консоли кантилевера с отражающей поверхностью.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы сканирующего зондового микроскопа.
Задача решается следующим образом. В известном сканирующем зондовом микроскопе с системой автоматического слежения за кантилевером, содержащем блок управления, сопряженный с основанием сканер, кантилевер с отражающей поверхностью,
закрепленный на сканере, систему предварительного сближения кантилевера и образца,
первое зеркало, связанное со сканером, и лазер, оптически сопряженный с первым зеркалом, кантилевером с отражающей поверхностью и фотоприемником, причем первое зеркало закреплено консольно на сканере с возможностью поворота вместе с кантилевером с
отражающей поверхностью, а к блоку управления подключены сканер, лазер, фотоприемник и система предварительного сближения кантилевера и образца, согласно предлагаемому изобретению блок управления дополнительно снабжен системой контроля угла
закручивания консоли кантилевера, включающей последовательно соединенные модуль
обработки данных и модуль управления, причем модуль обработки данных связан с фотоприемником, а модуль управления подключен к сканеру, на котором закреплен кантилевер с отражающей поверхностью.
Такая конструкция позволяет осуществлять контроль угла закручивания консоли кантилевера с отражающей поверхностью непосредственно в процессе сканирования поверхности образца посредством модуля обработки данных, выполнять сравнение значений
текущего угла с максимально заданным углом закручивания консоли кантилевера с отражающей поверхностью этим же модулем, при достижении максимального угла закручивания консоли кантилевера с отражающей поверхностью посылать сигнал от модуля
обработки данных к модулю управления, и управлять работой сканера модулем управления.
На фигуре показан сканирующий зондовый микроскоп с системой автоматического
слежения за кантилевером. Конструкция микроскопа содержит сканер 1, сопряженный с
основанием 2, блок управления, включающий систему контроля угла закручивания консоли кантилевера, состоящую из модуля обработки данных и модуля управления, которые
соединены между собой последовательно, кантилевер 3 с отражающей поверхностью,
установленный с возможностью взаимодействия с образцом 4, систему 5 предварительного сближения кантилевера и образца, лазер 6, оптически сопряженный с первым зеркалом
7, кантилевером 3 с отражающей поверхностью и фотоприемником 8. Первое зеркало 7 с
помощью консоли 9 закреплено на сканере 1 с возможностью вращения при сканировании
вместе с кантилевером 3 с отражающей поверхностью. Сканер 1, лазер 6, фотоприемник 8,
а также система 5 предварительного сближения кантилевера и образца подключены к блоку управления. Модуль обработки данных связан с фотоприемником, а модуль управления
подключен к сканеру 1, на котором закреплен кантилевер 3 с отражающей поверхностью.
Сканирующий зондовый микроскоп с системой автоматического слежения за кантилевером работает следующим образом. Изучаемый образец 4 приближают к кантилеверу 3
с отражающей поверхностью системой 5 предварительного сближения кантилевера и образца. В процессе сканирования острие кантилевера 3 с отражающей поверхностью пере3
BY 14816 C1 2011.10.30
мещается по поверхности образца 4 сканером 1, который сопряжен с основанием 2. В результате чего наблюдается отклонение (закручивание) консоли кантилевера 3 с отражающей поверхностью от первоначального положения за счет возникновения силы трения
между острием кантилевера 3 с отражающей поверхностью и поверхностью образца 4.
Лазерный луч от лазера 6 отражается от первого зеркала 7 и попадает на отражающую поверхность, расположенную на свободном конце консоли кантилевера 3. Фотоприемник 8
детектирует изменение угла отражения лазера от отражающей поверхности консоли кантилевера 3 с отражающей поверхностью. Сигнал с фотоприемника поступает в модуль обработки данных системы контроля угла закручивания консоли кантилевера, где
обрабатывается и сравнивается с максимально допустимым значением для данной конструкции кантилевера 3 с отражающей поверхностью. В случае достижения максимально
допустимого угла модуль обработки данных посылает сигнал остановки процесса сканирования поверхности образца 4 модулю управления, в свою очередь модуль управления
вырабатывает и посылает управляющий сигнал сканеру 1, на котором закреплен кантилевер 3 с отражающей поверхностью. В результате сканер 1 останавливает кантилевер 3 с
отражающей поверхностью. Далее модуль управления посылает сигнал сканеру 1 и тот
поднимает кантилевер 3 с отражающей поверхностью вверх, если это приводит к уменьшению угла закручивания консоли кантилевера 3 с отражающей поверхностью, то далее
продолжается процесс сканирования поверхности образца 4. Если поднятие вверх кантилевера 3 с отражающей поверхностью не приводит к уменьшению угла закручивания консоли, например исчерпан предел перемещения в вертикальном направлении, то модуль
управления посылает сигнал сканеру 1 для перемещения кантилевера 3 с отражающей поверхностью в горизонтальной плоскости поверхности образца 4. После уменьшения угла
закручивания консоли кантилевера 3 с отражающей поверхностью продолжается процесс
сканирования поверхности образца 4.
Таким образом, дополнительное оснащение сканирующего зондового микроскопа системой контроля угла закручивания консоли кантилевера позволяет избежать поломки
острия и/или консоли кантилевера с отражающей поверхностью при сканировании поверхностей образца.
Источники информации:
1. Патент РФ 2072735, МПК G 02B 21/00, 1997.
2. Патент США 5861550, МПК G 01B 5/28, 1999.
3. Патент РФ 2227333, МПК G 12B 21/20, G 02B 21/00, H 01J 37/28, 2004.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
87 Кб
Теги
by14816, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа