[发明专利]射频反射式扫描穿隧显微镜

说明书

一种射频反射式扫描穿隧显微镜，具有一个与一个待测样品间隔且相对设置的探针，用于扫描该待测样品的表面样貌，并包含：一个射频扫描共振电路，其包括一个电感以及与电感的一端并联的一个电容、一个电阻及一个穿隧电阻，其中该穿隧电阻形成于待测样品与探针间，一个与该电感的另一端电耦接的方向耦合器，一个产生一个射频信号并经由该方向耦合器输出至该射频扫描共振电路的射频信号源，以及一个射频信号测量系统，其接收该射频扫描共振电路经由该方向耦合器传来的一个射频反射信号，以根据该射频反射信号反馈控制该探针，并产生一个与该待测样品的表面样貌有关的扫描结果。

技术领域

本发明涉及一种穿隧显微镜，特别是涉及一种射频反射式扫描穿隧显微镜。

背景技术

现有穿隧显微镜在使用上具有以下几项限制，一为该待测样品需为可导电物质；二为该现有定电流模式的穿隧显微镜会受到多个外场电子(流)源的干扰，所述外场电子(流)源包括电子枪产生的入射电子，二次电子，欧杰电子，以及受光激发的光电子等；三为电流电压转换器的带宽限于数十KHz之内。若所述电子源入射或离开一穿隧能障附近，则该外部电(子)流与穿隧电流It即会一起经由电流-电压转换器放大，进而干扰既有的电流回馈机制，造成无法扫描成像的问题。

当选择电感L与电容C而决定了共振频率后，调整穿隧电阻Rt至Rt≈L/(C*Z0)，使共振电路的阻抗Zt＝输出阻抗Z0(50奥姆)，可得到最佳的阻抗匹配，此时共振电路会近乎完全吸收输入的射频信号能量。

例如图3所示，当取穿隧电阻Rt＝0.15Mohm时，可得到良好的阻抗匹配，此时返回损失(return loss)为45dB。若探针10远离样品20，穿隧电阻Rt增加，此时因为共振电路的阻抗Zt与输出阻抗Z0不匹配，射频信号的反射能量就会增加，图3即说明了在不同的穿隧电阻Rt值时，反射率迅速增加的现象。且由图3可以看出当穿隧电阻Rt由0.15M ohm变至0.4Mohm时，反射系数就由45dB变为15dB，当穿隧电阻Rt为1M ohm时反射系数为12dB，而当穿隧电阻Rt在10M ohm到1G ohm间，因为反射系数的变化实在太小，且皆在11dB处几乎分不出来，以致在实用上很难分办出穿隧电阻10Mohm与100M ohm有何不同，而且在实际应用时，穿隧电阻Rt常操作在10M ohm～1G ohm范围，所以上述扫描方式很难得到有用的讯号。

此外，由图4所示可知，上述扫描方式所获得的射频反射率强度与穿隧电阻Rt间并非单对应关系，也就是说同一反射率强度值会对应到两个穿隧电阻Rt值，此将造成扫描控制电路对扫描结果的误判，且若利用此反射率反馈控制探针10的高度，则会产生不稳定的状况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频反射率强度与穿隧电阻呈单对应关系，并能操作在适当穿隧电阻值与高带宽，而不受外场电子(流)源的干扰的射频反射式扫描穿隧显微镜。

本发明的射频反射式扫描穿隧显微镜，具有一与一待测样品间隔且相对设置的探针，用于扫描该待测样品的表面样貌，并包含：一射频扫描共振电路、一方向耦合器，及一射频信号测量系统，该射频扫描共振电路包括具有一第一端及一第二端的一电感，以及与该电感的该第一端并联的一电容、一电阻及一穿隧电阻，其中该穿隧电阻形成于该待测样品与该探针间；该方向耦合器与该射频扫描共振电路的该电感的该第二端电耦接，且接收一射频信号，并将该射频信号输出至该射频扫描共振电路，且接收一经由该射频扫描共振电路反射传回的一射频反射信号；该射频信号测量系统电连接该方向耦合器以接收该射频反射信号，并根据该射频反射信号反馈控制该探针，并产生一与该待测样品的表面样貌有关的扫描结果。

较佳地，该射频扫描共振电路还包括一与该电感的该第二端并联的辅助电容。

较佳地，该射频扫描共振电路还包括一与该电容串接并由一第一外加电压控制，以调整该射频扫描共振电路的一共振频率的第一压控电容，以及一与该辅助电容串接并由一第二外加电压控制，以决定该射频扫描共振电路的一最终阻抗的第二压控电容。