[发明专利]扫描隧道显微镜

说明书

技术领域

本发明属于扫描探针显微镜技术领域，具体涉及一种扫描隧道显微镜。

背景技术

扫描隧道显微镜在表面科学、材料科学和生命科学等领域发挥着举足轻重的作用。压电步进马达是扫描隧道显微镜的关键部件。现有压电步进马达：要么使用6组剪切压电叠堆相互挤压固定中心的滑杆，然后通过控制器和高压放大器输出的6路高压脉冲信号驱动剪切压电叠堆交替滑动以实现步进，这种设计制作较为复杂，工作不稳定，此外，多路驱动信号的高压控制器的购买价格昂贵；要么由3个固定在基座上的同型号的顶部分别粘接有光滑圆珠的压电扫描管支撑着一个样品圆台，其中圆台为一个底部有3个斜面的圆环，通过电压控制3个压电扫描管的伸缩和侧移实现探针-样品的粗逼近，步进完成后，利用置于中心的第4根压电扫描管进行扫描，其马达工作至少需要4根压电扫描管进行扫描，制作和使用都比较复杂，而且体积大，不适合在极端条件下使用。

发明内容

本发明提供一种搭建简单实用的扫描隧道显微镜，该扫描隧道显微镜镜体外直径只有15mm，长度为25mm，能够在极低温以及强磁场等对扫描隧道显微镜尺寸有较大限制的极端环境中使用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种扫描隧道显微镜，所述扫描隧道显微镜包括镜体、压电扫描管、以及压电步进马达，镜体内置空腔，压电扫描管和压电步进马达均安装在所述空腔内，压电步进马达包括绝缘导轨、滑杆、弹簧片以及圆球，绝缘导轨包括中空端和中空定位端，中空端的一端和中空定位端的一端一体成型，圆球对称粘接在中空端的内部两侧，滑杆安装在绝缘导轨的中心、且与圆球接触，滑杆的两端分别从中空端的另一端以及中空定位端的另一端伸出，弹簧片的一端与中空定位端的内侧粘接，弹簧片的另一端与滑杆接触，中空定位端的外侧与压电扫描管的一端连接，压电扫描管的另一端与空腔内的上端相连，空腔的下端设有样品支架，滑杆靠近样品支架的这端设有探针插座，探针插座内安装探针。

本发明与现有技术不同之处在于：本发明提供了一种扫描隧道显微镜，该扫描隧道显微镜仅用1根压电扫描管即可完成实现探针-样品的粗逼近和扫描，具有结构简单、体积小的特点，因此，能够在对扫描隧道显微镜尺寸有较大限制的极端环境中使用。

作为本发明的改进，圆球通过环氧树脂胶与所述中空端的内部两侧粘接。

这种设计具有制作简便的优势。

作为本发明的改进，还包括样品，样品放置在样品支架上。

作为本发明的改进，探针采用经过电化学腐蚀获得的钨丝针尖。

这种设计便于探针在极端环境中使用。

作为本发明的改进，所述弹簧片为铍铜弹簧片。

作为本发明的改进，所述圆球为氮化硅圆球。

作为本发明的改进，氮化硅圆球的数量为4个。

这种设计便于圆球挤压固定位于绝缘导轨中心的滑杆。

综上所述，本发明的有益效果是：制作简便，用1根压电扫描管即可完成实现探针-样品的粗逼近和扫描，能够在极低温以及强磁场等对扫描隧道显微镜尺寸有较大限制的极端环境中使用。

附图说明

图1是本发明扫描隧道显微镜结构示意图。

图2是本发明压电步进马达结构示意图。

图3是本发明控制电路结构示意图。

具体实施方式

实施例，如图1和图2所示，首先利用环氧树脂胶将4个材质为氮化硅的圆球7和材质为铍铜的弹簧片6粘接于绝缘导轨4上用以挤压固定位于其中心的滑杆5，固化后再将其整体粘接固定于压电扫描管2的其中一端，(压电扫描管的型号为EBL#3，外径O.D＝6.3mm，壁厚0.5mm，长度L＝15mm)，然后将压电扫描管2的另一端粘接固定于显微镜镜体空腔1-1内的上端上。

如图1所示，探针10利用探针插座9固定于滑杆5的一端正对扫描样品11。整个扫描隧道显微镜的镜体外直径只有15mm，长度为25mm。非常适合在极低温和强磁场等对扫描隧道显微镜尺寸有较大限制的极端环境中使用。

探针-样品逼近机制：当压电扫描管4个外电极接电时，通过给压电扫描管的内电极施加一个尖峰脉冲电压驱动信号即可控制滑杆带动探针向样品方向逼近，在马达步进过程中，实时采集探针-样品间的隧穿电流信号，如探测到隧穿电流信号，则停止马达的步进，此时，压电马达进入扫描待测状态；反之则继续步进直至进入扫描隧穿区。同理，若对上述过程施加反极性的脉冲电压驱动信号，则可控制滑杆带动探针远离样品。