многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа

Формула изобретения

1. Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа, состоящий из основания, к которому прикреплены несколько балок с иглами, расположенными на дальнем от основания конце каждой балки, концы игл расположены в одной плоскости, отличающийся тем, что каждая балка имеет отличную от всех других собственную резонансную частоту колебаний.

2. Кантилевер по п.1, отличающийся тем, что балки выполнены, и/или разной длины, и/или разной толщины, и/или разной ширины, и/или имеют одно или более утонение, расположенное на разном расстоянии от иглы.

3. Кантилевер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что балки укреплены на одном краю основания.

4. Кантилевер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что балки укреплены по краю отверстия, расположенного внутри основания.

Описание изобретения к патенту

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

Известен многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), представляющий собой основание, к которому крепятся три одинаковые прямоугольные балки, являющиеся гибкой обкладкой конденсатора, на дальнем от основания конце которых расположены иглы [1]. Балки размещены над жесткими основаниями, которые служат второй обкладкой конденсатора. При изгибе балок, возникающем при сканировании исследуемого образца, измеряется изменение емкости между балкой и жестким основанием.

Недостатком указанного устройства является паразитная чувствительность к параметрам окружающей среды (изменению ее диэлектрической постоянной). Кроме этого, возможно возникновение паразитного влияния емкости между двумя соседними балками, что накладывает ограничение на уменьшение расстояния между ними.

Указанные недостатки отсутствуют в известном многозондовом кантилевере для СЗМ, содержащем основание, к которому крепятся две балки U-образной формы, на дальнем от основания конце которых расположены иглы [2]. На обоих плечах балок расположены пьезорезисторы для измерения величины их изгиба при сканировании исследуемой поверхности.

Необходимость использования U-образной формы балок ограничивает возможность уменьшения расстояния между иглами кантилевера. Кроме этого, использование пьезорезисторов в качестве чувствительного элемента накладывает ограничение на максимальный динамический диапазон до 10000 и существенную температурную зависимость выходного сигнала.

Задачей предлагаемого изобретения является создание многозондового кантилевера для сканирующего зондового микроскопа.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении расстояния между соседними сканирующими иглами кантилевера, увеличении динамического диапазона измерений и снижении чувствительности к паразитным воздействиям (температура, изменение электрических свойств среды и т.п.).

Это достигается тем, что кантилевер имеет несколько балок с разными собственными резонансными частотами, причем каждая балка имеет собственную частоту колебаний, отличную от всех других.

Предлагаемый кантилевер содержит основание (1) с укрепленными на нем балками (2) произвольной формы, на дальнем от основания конце которых расположены иглы (3), причем концы игл лежат в одной плоскости, а каждая балка имеет собственную частоту колебаний, отличную от всех других.

В частности, для реализации балок с различной частотой собственных колебаний кантилевер может иметь балки, отличающиеся длиной, толщиной, шириной, числом и расположением утонений (4) балки.

Если балки имеют разную длину, необходимо обеспечить расположение острия игл в одной плоскости (плоскости образца). Для этого балки крепятся к основанию на разных уровнях (фиг. 1).

Как правило, балки крепятся на одном (фиг. 1 и 2) или на двух противоположных концах основания. Для размещения наибольшего числа игл с минимальным расстоянием между ними можно размещать балки (2) на основании (1), имеющем отверстие (5), так, что концы балок, на которых расположены иглы (3), сходятся в одну точку (фиг. 3).

На фиг. 1 изображен многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа с балками различной длины.

На фиг. 2 изображен многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа с балками, имеющими утонение (4) на разном расстоянии от иглы.

На фиг. 3 изображен многозондовый кантилевер с размещением балок (2) в отверстии основания (1).

Устройство работает следующим образом. При сканировании исследуемой поверхности возбуждаем собственные колебания каждой из балок, при движении игл кантилевера по рельефу исследуемой поверхности происходит изменение параметров колебания (частота, амплитуда, фаза). Изменение этих характеристик измеряется сканирующим зондовым микроскопом. Для этого в выходном сигнале выделяется частота, принадлежащая каждой из балок, и определяется изменение параметров колебания каждой из них. Например, при оптическом считывании сигнала в СЗМ выходной сигнал поступает с фотодиода. Он содержит все частоты, принадлежащие каждой из балок кантилевера. Проведя селекцию их частот, можно детектировать сигнал, принадлежащей каждой из балок, и наблюдать изображение исследуемой поверхности, получаемое с каждой балки.

Литература

1. N. Blanc, J. Brugger and N.F. de Rooij "Scanning force microscopy in the dynamic mode using microfabricated capacitive sensors" J. Vacuum Science Technology B 14(2), Mar/Apr 1996, pp. 901 - 905.

2. S.C. Minne, S.R. Manalis and C.F. Quate "Parallel atomic focre microscopy using cantilevers with integrated piеzoresistive sensors and integrated piezoelectric actuators". Applied Phys. Letters. Vol 67, N 26, 1995, pp. 3918 - 3920.