RU2461839C1 - Scanning probe microscope - Google Patents

Scanning probe microscope Download PDF

Info

Publication number
RU2461839C1
RU2461839C1 RU2011109667/28A RU2011109667A RU2461839C1 RU 2461839 C1 RU2461839 C1 RU 2461839C1 RU 2011109667/28 A RU2011109667/28 A RU 2011109667/28A RU 2011109667 A RU2011109667 A RU 2011109667A RU 2461839 C1 RU2461839 C1 RU 2461839C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
sample
microscope
positioning system
scanning
Prior art date
Application number
RU2011109667/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Усанов (RU)
Дмитрий Александрович Усанов
Александр Владимирович Скрипаль (RU)
Александр Владимирович Скрипаль
Александр Григорьевич Лаптев (RU)
Александр Григорьевич Лаптев
Александр Александрович Лаптев (RU)
Александр Александрович Лаптев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского"
ООО "Лапик"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского", ООО "Лапик" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2011109667/28A priority Critical patent/RU2461839C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2461839C1 publication Critical patent/RU2461839C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is also meant for use with a scanning probe microscope when analysing micro- and nano-relief of a surface. The scanning probe microscope has a vibration-insulating base, a precise positioning drive which provides detectable interaction between a probe and a sample, a probe detection mechanism and a feedback mechanism, which enables to adjust distance separating the probe and the sample, as well as a hexa-axial approaching and positioning mechanical system, a programmable measurement and displacement control unit and a measurement sensor with a feedback mechanism.
EFFECT: broader functional capabilities of the scanning probe microscope owing the possibility of operation of the microscope with large and irregularly shaped samples though the required sample positioning and measurement of the distance between the probe and the sample.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электронно-измерительной технике и нанотехнологиям, предназначено в том числе для использования со сканирующим зондовым микроскопом (СЗМ) при исследовании микро- и нанорельефа поверхности. Известно исследование нанорельефа на поверхности методом сканирующей микроскопии (зондовые и сканирующие микроскопы). В качестве сканирующего устройства могут использоваться сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), атомно-силовой микроскоп (АСМ), сканирующий-емкостный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп, сканирующий оптический микроскоп ближнего поля и т.д.The invention relates to electronic measuring equipment and nanotechnology, including for use with a scanning probe microscope (SPM) in the study of micro- and nanorelief of the surface. A known study of nanorelief on the surface by scanning microscopy (probe and scanning microscopes). As a scanning device, a scanning tunneling microscope (STM), an atomic force microscope (AFM), a capacitive-scanning microscope, a scanning electron microscope, a near-field optical microscope, etc. can be used.

Одной из проблем в этой области является необходимость систем позиционирования зонда микроскопа или обрабатывающего инструмента, особенно при исследовании поверхностей больших размеров.One of the problems in this area is the need for positioning systems for a microscope probe or a processing tool, especially when examining large surfaces.

Известен сканирующий зондовый микроскоп, настройка которого включает позиционирование зонда в необходимую область поверхности образца, осуществляемое визуально при помощи наблюдения зонда и поверхности образца в оптический микроскоп (см. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике, М., 2006, стр.18 и Version 4.22-15JULY96 MultiMode SPM Instruction Manual, Chapter 6.2.3).A scanning probe microscope is known, the adjustment of which includes positioning the probe in the necessary region of the sample surface, carried out visually by observing the probe and the surface of the sample in an optical microscope (see Nevolin V.K. Probe Nanotechnology in Electronics, M., 2006, p. 18 and Version 4.22-15 JULY96 MultiMode SPM Instruction Manual, Chapter 6.2.3).

Однако данный способ настройки микроскопа не позволяет точно позиционировать зонд микроскопа в необходимую область поверхности образца, например вершину, впадину или участок поверхности образца с наклоном. Другие недостатки СЗМ связаны с необходимостью использования специального калибровочного эталона при калибровке сканера, а также с невозможностью точного позиционирования зонда микроскопа в необходимую область поверхности образца, например вершину, впадину или участок поверхности образца с наклоном.However, this method of tuning the microscope does not allow you to accurately position the probe of the microscope in the desired area of the surface of the sample, for example, the top, bottom or portion of the surface of the sample with an inclination. Other disadvantages of the SPM are related to the need to use a special calibration standard when calibrating the scanner, as well as the impossibility of accurately positioning the microscope probe in the required area of the sample surface, for example, a peak, a depression or a portion of the surface of the sample with a slope.

Известен сканирующий зондовый микроскоп и способ его настройки, который включает калибровку сканера и/или позиционирование зонда на основе интерференционной картины, полученной путем дополнительного использования источника светового потока и разделения потока света на два когерентных потока света, которые проходят различные оптические пути, а затем сводятся вместе и направляются в систему видеонаблюдения микроскопа или дополнительную систему видеонаблюдения. При калибровке сканера один из световых потоков претерпевает отражение от поверхности образца и/или зонда, а при позиционировании зонда световой поток претерпевает отражение от поверхности образца.There is a known scanning probe microscope and a method for tuning it, which includes calibrating the scanner and / or positioning the probe based on an interference pattern obtained by additionally using the light flux source and dividing the light flux into two coherent light fluxes that pass through different optical paths and then are brought together and sent to the microscope video surveillance system or an additional video surveillance system. When calibrating the scanner, one of the light fluxes reflects from the surface of the sample and / or probe, and when positioning the probe, the light flux reflects from the surface of the sample.

Один из вариантов СЗМ включает систему видеонаблюдения, держатель образца, сканер, зонд, держатель зонда и систему для перемещений держателя образца. Кроме того, он дополнительно содержит закрепленные с возможностью ориентации в пространстве источник светового потока, отражательный элемент и оптический делительный элемент, как пропускающий, так и отражающий часть светового потока, идущего от источника, причем держатель образца расположен на пути одного из потоков света, отраженного или пропущенного делительным элементом, а отражательный элемент - на пути второго потока света таким образом, чтобы ход световых потоков, отраженных от поверхности отражательного элемента и от поверхности держателя образца или поверхности помещенного на него исследуемого образца, совпадал с ходом падающих на них световых потоков, и после дальнейшего отражения одного отраженного светового потока от делительного элемента и прохождения второго отраженного светового потока через делительный элемент каждый из них был направлен в систему видеонаблюдения. По расстояниям между полосами и их толщине определяют угол наклона участка поверхности кристалла.One of the SPM options includes a video surveillance system, a sample holder, a scanner, a probe, a probe holder and a system for moving the sample holder. In addition, it further comprises a luminous flux source, a reflective element and an optical dividing element, both transmissive and reflective, of the luminous flux coming from the source, the sample holder being located in the path of one of the light fluxes reflected or passed by the dividing element, and the reflective element is in the path of the second light stream so that the course of the light flux reflected from the surface of the reflective element and from the surface and the surface of the sample holder or placed in it test sample, coincides with the progress of the incident light flux on them, and after further reflection of the reflected light flux from the divider element and passing a second reflected light flux dividing element through each of them was directed to the surveillance system. The distances between the strips and their thickness determine the angle of inclination of the surface area of the crystal.

В техническом решении можно использовать различные держатели образца, например магнитный, механический, держатель на липкой основе и т.д. Держатели образца могут быть закреплены как жестко, так и с возможностью ориентации в пространстве, достигаемой за счет использования, например, шарового шарнира, системы цилиндрических шарниров, пластичного крепления, винтов, их комбинации и т.д. При реализации предлагаемого технического решения предпочтительно использовать держатели образца, закрепленные с возможностью ориентации в пространстве. Система для перемещений держателя образца может быть выполнена на основе механических редукторов перемещений, винтов, шаговых электродвигателей, шаговых пьезодвигателей и т.д. Позиционирование зонда в необходимую область поверхности образца можно проводить как вручную, так и в автоматическом режиме с наблюдением относительного положения зонда и поверхности образца в системе видеонаблюдения или визуально. В СЗМ сканирование можно осуществлять двумя различными способами. В первом случае с помощью сканера зонд перемещают относительно неподвижного образа, закрепленного в держателе. Во втором случае сканирование производят при перемещении держателя с закрепленным образцом относительно неподвижного зонда (см. патент на изобретение. №2382389, МПК G02B 21/00).In the technical solution, various sample holders can be used, for example magnetic, mechanical, sticky holder, etc. The sample holders can be fixed either rigidly or with the possibility of orientation in space, achieved through the use, for example, of a ball joint, a system of cylindrical joints, plastic fasteners, screws, their combination, etc. When implementing the proposed technical solution, it is preferable to use sample holders, fixed with the possibility of orientation in space. The system for moving the sample holder can be made on the basis of mechanical displacement reducers, screws, step motors, step piezomotors, etc. The positioning of the probe in the required area of the surface of the sample can be carried out either manually or in automatic mode with observation of the relative position of the probe and the surface of the sample in the video surveillance system or visually. In SPM, scanning can be done in two different ways. In the first case, using a scanner, the probe is moved relative to a stationary image fixed in the holder. In the second case, scanning is performed when moving the holder with the fixed sample relative to the stationary probe (see patent for the invention. No. 2382389, IPC G02B 21/00).

Известно, что при измерении рельефа поверхности сканирующим зондовым микроскопом используют особенности поверхности в качестве опорных точек при выполнении перемещений. Перемещения осуществляют от одной особенности к другой, расположенной по соседству. В результате образуется связанная цепочка, в которой особенности размещены относительно друг друга. Поиск, обнаружение и вычисление координат положения особенности выполняет программа распознавания. Сканируя небольшую область вокруг каждой особенности, а затем раскладывая полученные фрагменты поверхности по соответствующим позициям, определенным при распознавании, можно реконструировать реальный рельеф поверхности. Наличие информации о координатах положения особенностей вместе с механизмом привязки позволяет осуществлять прецизионное позиционирование зонда (см. патент на изобретение №2175761, МПК G01N 13/12).It is known that when measuring the surface topography with a scanning probe microscope, surface features are used as reference points when performing displacements. Movements are carried out from one feature to another, located in the neighborhood. As a result, a connected chain is formed in which features are placed relative to each other. The search, detection, and calculation of the coordinates of the position of a feature are performed by a recognition program. By scanning a small area around each feature, and then laying out the resulting fragments of the surface at the corresponding positions determined during recognition, you can reconstruct the real surface topography. The availability of information on the coordinates of the position of the features together with the binding mechanism allows for precise positioning of the probe (see patent for invention No. 2175761, IPC G01N 13/12).

Однако данные микроскопы предназначены для работы с небольшими образцами и не могут исследовать образцы больших размеров, содержащие наклонные поверхности, вершины и впадины.However, these microscopes are designed to work with small samples and cannot study large samples containing inclined surfaces, peaks and troughs.

Близким к заявленному является сканирующий зондовый микроскоп для получения изображения образца в соответствии с взаимодействием между образом и зондом, выполненный с возможностью осуществления в ходе работы сканирования поверхности образца и содержащий: средство привода, выполненное с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца и способное приводить образец и зонд в непосредственную близость друг с другом, достаточную для установления между ними детектируемого взаимодействия; средство придания колебаний либо зонду, либо образцу; механизм детектирования зонда, выполненный с возможностью измерения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего интенсивность взаимодействия между зондом и образцом; и механизм обратной связи, выполненный с возможностью обеспечения регулирования отделяющего зонд и образец расстояния за счет приведения в действие средства привода в качестве отклика на изменение среднего значения одного из упомянутых параметров относительно предварительно заданного значения, отличающийся тем, что средство придания колебаний обеспечивает относительное колебательное движение зонда по занятой образцом поверхности так, что зонд выполняет по существу линейную развертку поверхности образца, причем во время сканирования поверхности образца участок сканирования охватывается за счет упорядоченного расположения строк сканирования, каждая из которых снимается при колебании либо зонда, либо образца на его резонансной частоте или около его резонансной частоты, так что двойная амплитуда колебания равна максимальной длине строки сканирования, а их упорядоченное расположение обеспечивается действием средства привода (см. заявку на изобретение РФ №: 2005102703/28, 04.07.2003).Close to the claimed is a scanning probe microscope for obtaining an image of a sample in accordance with the interaction between the image and the probe, configured to scan the surface of the sample during operation and comprising: drive means configured to provide relative motion between the probe and the surface of the sample and capable of driving a sample and a probe in close proximity to each other, sufficient to establish a detectable interaction between them; a means of imparting vibrations to either the probe or the sample; a probe detecting mechanism configured to measure at least one parameter characterizing the intensity of interaction between the probe and the sample; and a feedback mechanism configured to control the separation of the probe and the distance sample by actuating the drive means in response to a change in the average value of one of the mentioned parameters relative to a predetermined value, characterized in that the means of imparting vibrations provides relative oscillatory movement of the probe along the surface occupied by the sample so that the probe performs a substantially linear sweep of the surface of the sample, and during scanning The surface of the sample is covered by the scanning area due to the ordered arrangement of the scanning lines, each of which is taken when either the probe or the sample oscillates at its resonant frequency or near its resonant frequency, so that the double vibration amplitude is equal to the maximum length of the scanning line, and their ordered arrangement is ensured the action of the drive means (see application for invention of the Russian Federation No.: 2005102703/28, 07/04/2003).

Недостатком известного СЗМ является невозможность наклона образца под нужным углом к зонду.A disadvantage of the known SPM is the impossibility of tilting the sample at the desired angle to the probe.

Технической задачей является создание СЗМ, который может исследовать поверхность или как-то взаимодействовать с участками поверхности образца, имеющего большие размеры, при этом образец имеет сложную поверхность с вершинами, впадинами, наклонными участками.The technical task is to create SPM, which can examine the surface or somehow interact with the surface areas of the sample, which has large dimensions, while the sample has a complex surface with peaks, depressions, inclined sections.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей СЗМ за счет обеспечения возможности работы микроскопа с образцами большого размера и сложной формы путем требуемого для исследования позиционирования образца и измерения расстояния между зондом и образцом.The technical result consists in expanding the functionality of the SPM by providing the possibility of the microscope working with samples of large size and complex shape by required to study the positioning of the sample and measure the distance between the probe and the sample.

Заявленный технический результат достигается тем, что заявленный СЗМ, содержащий виброизоляционное основание, средство привода точного позиционирования, обеспечивающее детектируемое взаимодействие между зондом и образцом, механизм детектирования зонда и механизм обратной связи, обеспечивающий регулирование расстояния, отделяющего зонд и образец, дополнительно содержит шестиосевую механическую систему сближения и позиционирования, программируемый блок управления измерением и перемещением, а также измерительный датчик с механизмом обратной связи.The claimed technical result is achieved by the fact that the claimed SPM, comprising a vibration isolation base, an accurate positioning drive means providing a detectable interaction between the probe and the sample, a probe detection mechanism and a feedback mechanism for controlling the distance separating the probe and the sample, additionally contains a six-axis mechanical proximity system and positioning, programmable control unit measuring and moving, as well as a measuring sensor with a mechanism m feedback.

Сканирующий зондовый микроскоп выполнен с возможностью в ходе работы сканирования поверхности образца 1 и исследования его электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости, электропроводности) с нанометровым пространственным разрешением. Микроскоп содержит зонд 2, средство привода, которое состоит из прецизионного механизма перемещения 3, например пьезоэлектрического привода, подключенного к зонду 2, и системы точного позиционирования 4 образца, например, в виде X, Y, Z пьезоэлектрического преобразователя. Средство привода обеспечивает возможность относительного движения между зондом 2 и поверхностью образца 1 и способно приводить образец и зонд в непосредственную близость друг с другом, достаточную для установления между ними детектируемого взаимодействия. К зонду 2 подключен механизм детектирования 5 зонда, выполненный с возможностью измерения, по меньшей мере, одного параметра, характеризующего интенсивность взаимодействия между зондом 2 и образцом 1. Механизм детектирования 5 зонда подключен через механизм обратной связи 6 к системе индикации, например компьютеру 7. Механизм обратной связи 6 выполнен с возможностью обеспечения регулирования отделяющего зонд и образец расстояния за счет приведения в действие средства привода в качестве отклика на изменение среднего значения одного из параметров относительно предварительно заданного значения.A scanning probe microscope is capable of scanning the surface of sample 1 and studying its electrophysical parameters (dielectric constant, electrical conductivity) with nanometer spatial resolution during operation. The microscope contains a probe 2, a drive means, which consists of a precision movement mechanism 3, for example a piezoelectric drive connected to the probe 2, and an accurate positioning system 4 of the sample, for example, in the form of an X, Y, Z piezoelectric transducer. The drive means allows relative movement between the probe 2 and the surface of the sample 1 and is capable of bringing the sample and the probe in close proximity to each other, sufficient to establish a detectable interaction between them. A probe detection mechanism 5 is connected to the probe 2, configured to measure at least one parameter characterizing the intensity of interaction between the probe 2 and the sample 1. The probe 5 detection mechanism is connected via a feedback mechanism 6 to an indication system, for example, computer 7. The mechanism feedback 6 is configured to control the separating probe and the sample distance by actuating the drive means in response to a change in the average value of one of the pairs meters relative to a predetermined value.

Микроскоп дополнительно содержит шестиосевую систему сближения и позиционирования 8, выполненную с возможностью перемещения по шести координатам для обеспечения работы СЗМ с образцами больших размеров сложной формы, так чтобы исследуемая поверхность находилась нужным участком поверхности 1 под нужным углом относительно зонда 2. Система сближения и позиционирования 8 размещена на виброизоляционном основании 9, являющемся также основанием для механизма 3. Она может быть выполнена в виде платформы Стюарта. Система 8 подключена к блоку управления шестиосевым перемещением и измерением 10, соединенным с измерительным датчиком 11.The microscope additionally contains a six-axis approach and positioning system 8, configured to move along six coordinates to ensure SPM operation with samples of large dimensions of complex shape, so that the test surface is the desired surface area 1 at the right angle relative to the probe 2. The approach and positioning system 8 is placed on vibration isolation base 9, which is also the basis for mechanism 3. It can be made in the form of a Stuart platform. The system 8 is connected to a six-axis displacement and measurement control unit 10 connected to the measurement sensor 11.

Шестиосевая система сближения и позиционирования 8 содержит тяги с 6 независимыми приводами, измерительную раму с 6 линейными измерителями, и соединена с системой точного позиционирования 4, на которой закреплен образец 1.The six-axis approach and positioning system 8 contains rods with 6 independent drives, a measuring frame with 6 linear meters, and is connected to an accurate positioning system 4, on which the sample 1 is fixed.

Блок управления 10 шестиосевым перемещением и измерением представляет собой программируемый электронно-вычислительный комплекс, который обеспечивает управление системой сближения и позиционирования 8. Блок управления 10 управляет перемещением образца, обеспечивая расположение объекта нужным участком под нужным углом. Блок управления 10 содержит блок расчета и построения математической модели и выполняет привязку системы координат к конкретному образцу. Следит за наличием или отсутствием касания поверхности образца измерительный датчик 11, также зафиксированнный на основании 9.The control unit 10 six-axis movement and measurement is a programmable electronic computer complex that provides control of the approximation and positioning system 8. The control unit 10 controls the movement of the sample, ensuring the location of the object in the desired area at the right angle. The control unit 10 contains a unit for calculating and constructing a mathematical model and performs the binding of the coordinate system to a specific sample. It monitors the presence or absence of touching the surface of the sample measuring sensor 11, also fixed on the base 9.

Измерительный датчик 11 содержит корпус и размещенный в нем щуп и сигнализатор касания поверхности. Измерительный датчик нужен для сбора точек с поверхности образца и построения его реальной математической модели.The measuring sensor 11 comprises a housing and a probe located therein and a surface touch signaling device. A measuring sensor is needed to collect points from the surface of the sample and build its real mathematical model.

Для того чтобы обеспечить работу СЗМ с образцами большого размера и/или сложной формы, необходимо знать математическую модель реального образца. Для этого при помощи системы сближения и позиционирования 8 жестко закрепленный образец 1 сначала подводится к измерительному датчику 11 и осуществляется сбор координат точек с поверхности. В результате строится математическая модель поверхности и описывается ее положение в системе координат сканирующего зондового микроскопа.In order to ensure the work of SPM with samples of large size and / or complex shape, it is necessary to know the mathematical model of a real sample. For this, using the approach and positioning system 8, a rigidly fixed sample 1 is first supplied to the measuring sensor 11 and the coordinates of the points from the surface are collected. As a result, a mathematical model of the surface is constructed and its position in the coordinate system of a scanning probe microscope is described.

Теперь образец 1 приводится в непосредственную близость к зонду 2 с использованием шестиосевой системы сближения и позиционирования 8 под заданным углом заданным участком поверхности. Нормаль к исследуемому участку поверхности должна располагаться под заданным углом относительно оси зонда. Устройство 8 будет перемещать образец так, что зонд будет всегда располагаться в нужном участке над поверхностью под заданным углом к исследуемой поверхности. Точные регулировки высоты и исходного стартового положения образца производят с помощью пьезоэлектрического преобразователя 4, в то время как механизм детектирования 5 измеряет изгиб кантилевера зонда, возникающий в результате взаимодействия зонд-образец. Как только измеряемый изгиб достиг заданной величины, поверхность образца сканируется под зондом. Механизм обратной связи 6 настроен на поддержание среднего изгиба кантилевера постоянным по величине за счет соответствующего перемещения образца с помощью системы точного позиционирования 4. Выходной сигнал, формируемый механизмом обратной связи 6, направляется непосредственно на компьютер 7 и отображается на его дисплее.Now, sample 1 is brought in close proximity to probe 2 using a six-axis approach and positioning system 8 at a given angle for a given surface area. The normal to the studied surface area should be located at a given angle relative to the axis of the probe. The device 8 will move the sample so that the probe will always be located in the desired area above the surface at a given angle to the investigated surface. Precise adjustments to the height and initial starting position of the sample are made using a piezoelectric transducer 4, while the detection mechanism 5 measures the cantilever bend of the probe resulting from the interaction of the probe-sample. Once the measured bend has reached a predetermined value, the surface of the sample is scanned under the probe. The feedback mechanism 6 is configured to maintain the average bend of the cantilever constant in value due to the corresponding movement of the sample using the accurate positioning system 4. The output signal generated by the feedback mechanism 6 is sent directly to the computer 7 and displayed on its display.

Микроскоп может содержать дополнительный зонд 12, соединенный с зондом 2 и расположенный в непосредственной близости от него, источник 13 и приемник 14 СВЧ-сигнала, соединенные с помощью волноведущей системы 15 с дополнительным зондом 12.The microscope may include an additional probe 12 connected to the probe 2 and located in close proximity to it, a source 13 and a microwave signal receiver 14 connected by means of a waveguide system 15 with an additional probe 12.

Дополнительный зонд при этом представляет собой отрезок коаксиальной линии передачи с центральным проводником, выдвинутым за пределы внешнего проводника на величину, много меньшую длины волны СВЧ-сигнала, при этом приемник 14 сигнала соединен с системой точного позиционирования 4.An additional probe in this case is a segment of a coaxial transmission line with a central conductor extended beyond the outer conductor by an amount much shorter than the wavelength of the microwave signal, while the signal receiver 14 is connected to an accurate positioning system 4.

Дополнительный зонд является источником ближнего СВЧ-поля, с помощью которого обеспечивается возможность проведения нанометровых измерений. СВЧ-сигнал от источника электромагнитного излучения 13 через волноведущую систему 15 поступает на дополнительный зонд 12, после взаимодействия СВЧ-поля с поверхностью исследуемого образца отраженный от поверхности образца СВЧ-сигнал поступает на приемник СВЧ-сигнала 14. По величине, по меньшей мере, одной из характеристик сигнала приемника при известном расстоянии от дополнительного зонда до поверхности образца, проведя предварительную калибровку сигнала приемника с использованием эталонных образцов, судят о параметрах исследуемого образца (диэлектрическая проницаемость, электропроводность, толщина).An additional probe is a source of the near microwave field, with which it is possible to conduct nanometer measurements. The microwave signal from the source of electromagnetic radiation 13 through the waveguide system 15 is fed to an additional probe 12, after the interaction of the microwave field with the surface of the test sample, the microwave signal reflected from the surface of the sample is fed to the receiver of the microwave signal 14. The magnitude of at least one from the characteristics of the receiver signal at a known distance from the additional probe to the surface of the sample, after preliminary calibration of the receiver signal using reference samples, judge about the parameters of the studied sample Azza (dielectric constant, electrical conductivity, thickness).

Claims (2)

1. Сканирующий зондовый микроскоп для исследования образца, содержащий средство привода образца, выполненное с возможностью обеспечения относительного движения между зондом и поверхностью образца и способное приводить образец и зонд в непосредственную близость друг с другом, достаточную для установления между ними детектируемого взаимодействия, механизм детектирования, вход которого соединен с зондом, а выход - с входом механизма обратной связи, выход которого соединен с входом системы индикации и со средством привода, приводимого в действие механизмом обратной связи в качестве отклика на изменение среднего значения одного из параметров относительно предварительно заданного значения, виброизоляционное основание, отличающийся тем, что дополнительно содержит размещенную на виброосновании систему сближения и позиционирования, выполненную с возможностью регулируемого перемещения по шести координатам, так чтобы нормаль к исследуемому участку поверхности располагалась под заданным углом относительно оси зонда, и соединенную с системой точного позиционирования и подключенную к блоку управления системой сближения и позиционирования, соединенному с измерительным датчиком для предварительного сбора координат точек с исследуемой поверхности и построения по собранным точкам математической модели образца, при этом средство привода состоит из прецизионного механизма перемещения и системы точного позиционирования образца, входы которых соединены с выходами механизма обратной связи.1. Scanning probe microscope for examining a sample, containing means for driving the sample, configured to provide relative motion between the probe and the surface of the sample and capable of bringing the sample and probe in close proximity to each other, sufficient to establish a detectable interaction between them, the detection mechanism, input which is connected to the probe, and the output to the input of the feedback mechanism, the output of which is connected to the input of the display system and to the drive means driven in the feedback mechanism acting as a response to a change in the average value of one of the parameters relative to a predefined value, a vibration isolation base, characterized in that it further comprises a proximity and positioning system located on a vibration base, which is capable of adjustable movement in six coordinates, so that the normal to the test the surface area was located at a predetermined angle relative to the axis of the probe, and connected to an accurate positioning system and connected to the control unit of the proximity and positioning system, connected to the measuring sensor for preliminary collection of coordinates of points from the surface to be studied and construction of the mathematical model of the sample using the collected points, while the drive means consists of a precision movement mechanism and a precise positioning system of the sample, the inputs of which are connected to the outputs feedback mechanism. 2. Микроскоп по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительный зонд, соединенный с зондом и расположенный в непосредственной близости от него, источник и приемник СВЧ-сигнала, соединенные с помощью волноведущей системы с дополнительным зондом, при этом дополнительный зонд представляет собой отрезок коаксиальной линии передачи с центральным проводником, выдвинутым за пределы внешнего проводника на величину, много меньшую длины волны СВЧ-сигнала, а приемник сигнала соединен с системой сближения и позиционирования. 2. The microscope according to claim 1, characterized in that it contains an additional probe connected to the probe and located in close proximity to it, a microwave signal source and receiver connected by means of a waveguide system with an additional probe, the additional probe being a segment of a coaxial transmission line with a central conductor extended beyond the outer conductor by an amount much shorter than the wavelength of the microwave signal, and the signal receiver is connected to the proximity and positioning system.
RU2011109667/28A 2011-03-16 2011-03-16 Scanning probe microscope RU2461839C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109667/28A RU2461839C1 (en) 2011-03-16 2011-03-16 Scanning probe microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109667/28A RU2461839C1 (en) 2011-03-16 2011-03-16 Scanning probe microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2461839C1 true RU2461839C1 (en) 2012-09-20

Family

ID=47077563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011109667/28A RU2461839C1 (en) 2011-03-16 2011-03-16 Scanning probe microscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2461839C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578977C1 (en) * 2015-05-12 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт глазных болезней" Method of preparing biological sample for analysis by scanning electron microscopy
WO2020260594A1 (en) 2019-06-27 2020-12-30 Espi France Machine and method for inspecting mechanical parts

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172002A (en) * 1991-08-22 1992-12-15 Wyko Corporation Optical position sensor for scanning probe microscopes
JP2001296229A (en) * 2000-04-17 2001-10-26 Hitachi Ltd Scanning probe microscope
RU2005102703A (en) * 2002-07-04 2005-08-20 Юниверсити Оф Бристоль (Gb) SCANNING PROBE MICROSCOPE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172002A (en) * 1991-08-22 1992-12-15 Wyko Corporation Optical position sensor for scanning probe microscopes
JP2001296229A (en) * 2000-04-17 2001-10-26 Hitachi Ltd Scanning probe microscope
RU2005102703A (en) * 2002-07-04 2005-08-20 Юниверсити Оф Бристоль (Gb) SCANNING PROBE MICROSCOPE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578977C1 (en) * 2015-05-12 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт глазных болезней" Method of preparing biological sample for analysis by scanning electron microscopy
WO2020260594A1 (en) 2019-06-27 2020-12-30 Espi France Machine and method for inspecting mechanical parts

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101569960B1 (en) Dynamic probe detection system
JP5183989B2 (en) Shape measuring device
US9081028B2 (en) Scanning probe microscope with improved feature location capabilities
RU2010154664A (en) PROBE DETECTION SYSTEM
JP2011522273A5 (en)
JP5577977B2 (en) Surface analyzer
CN103429526A (en) Adaptive mode scanning probe microscope
JP2012511715A5 (en)
US20110296561A1 (en) Control system for scanning probe microscope
US20110252891A1 (en) Method and Apparatus for Determining Topography of an Object
RU2461839C1 (en) Scanning probe microscope
JP6135820B2 (en) Scanning probe microscope
CN110146898A (en) It is a kind of based on image taking and the probe trajectory of image analysis monitoring and control method
JP2016017862A (en) Three-dimensional fine movement apparatus
JP5806457B2 (en) Surface analyzer
JP2007298314A (en) Method for measuring nondestructive film thickness, and device
KR101529607B1 (en) Scanning Probe Microscope, Aligning Method, Recording Medium and Aligning System using the same
KR102267767B1 (en) Raman analysis system
US9448393B2 (en) Method and apparatus for automated scanning probe microscopy
RU96428U1 (en) SCAN NANOTHERDOMETER
JP2943040B2 (en) Vibration measuring device
JP2004325159A (en) Micro-shape measuring probe and micro-shape measuring method
CN114324981B (en) Scanning probe microscope
RU2703607C1 (en) Device for compensation of natural oscillations of a probe needle of a scanning microscope
JP6219256B2 (en) Fine structure measuring probe and fine structure measuring apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210317