Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа

 

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а именно к устройствам, обеспечивающим наблюдение, измерение и модификацию поверхности объектов в туннельном и атомно-силовом режимах. Предлагаемый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа включает основание, к которому крепится балка, на дальнем от основания конце которой расположена игла. Балка кантилевера выполнена с поперечным утонением. Изобретение позволяет снизить паразитную поперечную чувствительность при сохранении высокой добротности собственных резонансных колебаний балки кантилевера. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию, а более конкретно, к устройствам, обеспечивающим наблюдение, измерение и модификацию поверхности объектов в туннельном и атомно-силовом режимах.

Известен кантилевер для сканирования зондового микроскопа, представляющий собой основание, к которому крепится прямоугольная балка, на дальнем от основания конце которой расположена игла [1].

Недостатком указанного устройства является большая поперечная чувствительность при работе в режимах контактной и бесконтактной моды сканирующего зондового микроскопа (СЗМ).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является кантилевер, описанный в работе [2]. Этот кантилевер для сканирующего зондового микроскопа представляет собой основание, к которому крепится балка V-образной формы, на дальнем от основания конце которой расположена игла [2]. V-образная форма позволяет частично снизить паразитную поперечную чувствительность при работе в режимах контактной и бесконтактной мод СЗМ.

Кроме наличия паразитной поперечной чувствительности, недостатком указанного устройства является и маленькая добротность собственных колебаний при работе в режимах бесконтактной моды СЗМ, что связано с большой площадью балки V-образной формы.

Задача изобретения - разработка кантилевера для сканирующего зондового микроскопа.

Технический результат изобретения заключается в снижении паразитной поперечной чувствительности при сохранении высокой добротности собственных резонансных колебаний балки кантилевера.

Это достигается тем, что балка кантилевера имеет поперечное утонение. Поперечных утонений может быть несколько.

Предлагаемый контилевер для сканирующего зондового микроскопа, включающий основание 1, к которому крепится балка 2, на дальнем от основании конце которой расположена игла 3, балка кантилевера выполнена с поперечным утонением 4 произвольного профиля, расположенным на произвольном расстоянии от основания. При формировании утонения анизотропным травлением профиль утонения будет трапециевидным (фиг. 1, 3). При формировании профиля утонения полукруглой либо эллипсовидной (фиг. 2) формы балка будет более прочной по сравнению с трапециевидным профилем утонения. Это связано с более плавной эпюрой возникающих в области утонения механических напряжений.

На фиг. 1 - 3 изображены различные варианты кантилевера для сканирующего зондового микроскопа с поперечным утонением балки.

Предлагаемый контилевер для сканирующего зондового микроскопа работает следующим образом. При сканировании исследуемой поверхности игла кантилевера движется по рельефу поверхности, вызывая изгиб балки кантилевера. Величина изгиба измеряется сканирующим зондовым микроскопом, что позволяет получить изображение исследуемой поверхности.

Наличие поперечного утонения на балке кантилевера снижает паразитную поперечную чувствительность при сохранении высокой добротности собственных колебаний балки.

Предположим, что утонение имеет пренебрежимо малую по сравнению с остальной частью балки толщину. Тогда длинная конструкция эквивалентна негнущемуся рычагу, закрепленному на шарнире, имеющему одну степень свободы по нормали. Т.е. балка может изгибаться только перпендикулярно плоскости утонения и, значит, иметь "нулевую" поперечную чувствительность. Реальная конструкция будет иметь значение поперечной чувствительности между значением для балки без утонения и нулем.

С увеличением числа утонения (фиг. 4) будет уменьшаться величина паразитной поперечной чувствительности и возрастать ее нормальная составляющая. Таким образом, варьируя число и форму утонений, можно достигать любых комбинаций этих составляющих чувствительности.

Литература 1. Anja Boisen, Ole Hansen and Siebe Bouwstra. AFM probes with directly fabricated tips. J. Micromec. Microeng. N 6, 1996, p. 61.

2. US, патент 4943719.

Формула изобретения

1. Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа, состоящий из основания, к которому прикреплена балка с расположенной на дальнем от основания конце иглой, отличающийся тем, что балка имеет одно или более поперечное утонение, обеспечивающее снижение паразитной поперечной чувствительности при сохранении высокой добротности собственных резонансных колебаний балки.

2. Кантилевер по п. 1, отличающийся тем, что утонение имеет трапециевидную форму.

3. Кантилевер по п.1, отличающийся тем, что утонение имеет полукруглую или эллипсовидную форму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4