[发明专利]一种扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描隧道显微镜针尖制作装置，特别是一种扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪。

背景技术

扫描隧道显微镜(STM)是一种分辨率很高的表面研究仪器，它使人们第一次在实空间上观测到了原子。近些年，伴随着表面科学的发展，得到了广泛的应用，并逐渐成为凝聚态和表面物理实验室必备的研究手段。作为与研究表面直接接触的部件，针尖在STM的各组成部分中扮演了极其重要的角色。对大部分的STM实验而言，常用的针尖材料是钨W或者铂铱Pt-Ir，针尖的质量直接影响到STM的分辨率。

由于扫描探针显微镜对高质量针尖的需求，很多种方法被用于探针制作。其中，最方便和经济的是基于电化学腐蚀理论而发展出来的针尖制作技术。电化学方法腐蚀针尖，可以分为交流和直流腐蚀两种不同的途径，其获得的针尖外形类似于抛物型和双曲型。相比较而言，直流腐蚀过程产生的气泡只在阴极出现，一般不会引起阳极液面的波动因而更加有利，经常被用于钨(W)针尖的制作。直流腐蚀中最常用的一种技术就是直流断落法。该方法中，针尖浸入溶液之中，在液面附近形成较细的颈部并最终断裂，钨丝的上半部分形成所需的针尖。这种方法的主要缺点是，如果不能及时的切断电路就会继续反应而导致针尖变钝，因此需要设计一种自动断电的电路系统来满足其要求。传统针尖腐蚀仪所设计的电路系统的腐蚀电压、负载电阻和腐蚀电流均要发生变化，多个反应参数的不确定性和持续变化会增加实验控制的难度，导致实验结果的不稳定性，降低针尖制作的成功率。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以克服腐蚀过程中电压变化，提高针尖制作成功率的扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪，包括机械组件、工作电路和控制电源。

所述的机械组件包括底座、支架、上盖、顶盖旋钮、铜套A、螺纹杆、指针、升降固定块、阳极电极杆、固定旋钮、电极固定端、三爪卡具A、旋钮、三爪卡具B、负极电极杆、圆盘、电极环、烧杯和铜套B。

所述底座分别与支架、圆盘采用螺钉连接固定，起到总体的支承作用；所述上盖与支架采用螺钉连接固定；所述螺纹杆两端分别与铜套A和铜套B间隙配合，铜套A和铜套B分别固定在上盖和底座上；所述顶盖旋钮上标有刻度，采用螺钉与螺纹杆紧固连接；所述指针通过螺钉固定在上盖上，其配合顶盖旋钮上的刻度确定顶盖旋钮的旋转角度。所述电极固定端通过螺钉固定在升降固定块上，固定旋钮与电极固定端之间为螺纹配合，阳极电极杆通过固定旋钮固定在电极固定端上；所述三爪卡具A和三爪卡具B分别通过螺钉固定在阳极电极杆上，三爪卡具A和三爪卡具B将钨丝垂直夹紧；所述负极电极杆采用螺钉固定在底座上，旋钮与负极电极杆螺纹配合，旋转旋钮将电极环夹紧固定在负极电极杆上；所述圆盘采用螺钉固定在底座上，盛有腐蚀溶液的烧杯置于圆盘的圆孔之中，电极环没入烧杯所盛溶液液面以下。

所述的工作电路包括阳极电极杆、电极固定端、三爪卡具A、旋钮、三爪卡具B、负极电极杆、圆盘、电极环和烧杯。电极固定端通过电线接电源正极，电流通过与电极固定端连接的阳极电极杆传导到三爪卡具A和三爪卡具B所夹持的钨丝；所述负极电极杆接电源负极，并与电极环通过螺钉连接；三爪卡具A和三爪卡具B所夹持的钨丝与电极环共同处于烧杯所盛的腐蚀溶液中但不直接接触，通电时钨丝在腐蚀溶液中发生电解反应使电路构成回路。

所述的控制电源包括控制电路和操控面板。所述控制电路包括调压稳压模块、电压测量模块、电流测量模块、阈值设定模块、采样比较模块、差分比较模块和电压输出模块，所述的调压稳压模块分别与电压测量模块和电流测量模块连接，所述的电压测量模块还与电压输出模块连接；所述的电压输出模块通过开关K1B分别与采样比较模块和差分比较模块连接；所述的采样比较模块经阈值设定模块、开关K1C后与电流测量模块连接，所述的差分比较模块的另一端经开关K1C后与电流测量模块连接。所述的调压稳压模块所用采样电阻R2位于高电位处，所述的采样比较模块采用LM319型比较器。

所述的调压稳压模块通过变阻器RT1输出0～10v直流电压，输出电压通过P1接口接负载，即针尖腐蚀仪的正负极。

所述的电压测量模块采集负载电压，然后由P2接口外接电源内部集成的处理模块将实际的负载电压显示到操控面板上。

所述的电流测量模块采集采样电阻R2两端的电压，然后由P3接口外接电源内部集成的处理模块得到通过采样电阻R2的电流即腐蚀电流并显示在操控面板上。