МНОГОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК КОНТУРНОГО ТИПА ДЛЯ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДОВОГО МИКРОСКОПА
MULTIPLE-PROBE SENSOR OF CONTOUR TYPE FOR SCANNING PROBE MICROSCOPE

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, а более конкретно к устройствам, обеспечивающим быструю смену зондов, и может использоваться в условиях ограниченного доступа к зондам, например, в вакууме или агрессивной среде.
Известен многозондовый датчик контурного типа для сканирующего зондового микроскопа, включающий основание, на котором по внешнему контуру первыми концами закреплены гибкие консоли с зондами, имеющими заострения на вторых концах, при этом гибкие консоли с зондами представляют собой зондовые модули [1]. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток этого устройства заключается в его низких функциональных возможностях, связанных с невозможностью его использования в различных режимах работы.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в многозондовом датчике контурного типа для сканирующего зондового микроскопа, содержащем основание (1), на котором по внешнему контуру (2) первыми концами (3) закреплены гибкие консоли (4) с зондами (5), имеющими заострения (6) на вторых концах (7), согласно изобретению гибкие консоли (4) с зондами (5) представляют собой зондовые модули (8), основание (1) включает установочный модуль (9), имеющий координатную привязку с зондовыми модулями (8).
Существует вариант, в котором зондовые модули (8) имеют индивидуальную маркировку.
Существуют также варианты, в которых гибкие консоли (4) имеют различную длину, и(или) различную ширину, и(или) различную толщину.
Существуют также варианты, в которых по меньшей мере одна гибкая консоль (4) имеет переменную ширину и(или) переменную толщину.
Существует также вариант, в котором по меньшей мере одна гибкая консоль (4) имеет V-образную форму (11).
Существует также вариант, в котором гибкие консоли (4) отличаются друг от друга механическими характеристиками.
Существуют также варианты, в которых зондовые модули (8) включают покрытия (15), которые могут быть проводящими, и(или) ферромагнитными, и(или) магнитными, и(или) пьезоэлектрическими.
Существуют также варианты, в которых основание (1) имеет переменную толщину и(или) выполнено композитным.
Существуют также варианты, в которых основание (1) содержит по меньшей мере один функциональный модуль (25), сопряженный с по меньшей мере одним с зондовым модулем (8), при этом по меньшей мере один функциональный модуль (25) выполнен в виде электронного модуля (30) и(или) в виде магнитопровода (35).
Существует также вариант, в котором установочный модуль (9) включает первое отверстие (40), второе отверстие (41) и третье отверстие (42).
Существует также вариант, в котором установочный модуль (9) включает первый выступ (55), второй выступ (56) и четвертое отверстие (57).
Существует также вариант, в котором установочный модуль (9) включает магнитный материал (65).
На фиг.1 изображен многозондовый датчик контурного типа для
сканирующего зондового микроскопа.
На фиг.2 изображен V-образный вариант зондового модуля.
На фиг.3 изображен вариант зондового модуля с покрытием.
На фиг.4 изображен вариант основания переменной толщины.
На фиг.5 изображен вариант композитного основания.
На фиг.6, фиг.7, фиг 8 изображен многозондовый датчик с функциональным модулем.
На фиг.9, фиг.10, фиг.11 изображены варианты выполнения установочного модуля.
Многозондовый датчик контурного типа для сканирующего зондового микроскопа содержит основание 1 (фиг.1), на котором по внешнему контуру 2 первыми концами 3 закреплены гибкие консоли 4 с зондами 5, имеющими заострения 6 на вторых концах 7, при этом гибкие консоли 4 с зондами 5 представляют собой зондовые модули 8. Основание 1 включает установочный модуль 9, имеющий координатную привязку с зондовыми модулями 8. Количество зондовых модулей 8 может быть от 4-х и до нескольких сотен. Однако надо иметь в виду, что при увеличении количества зондов необходимо будет увеличивать диаметр основания 1, чтобы обеспечить расстояние между ними, при котором соседние зонды не будут мешать функционированию рабочего зонда.
Существует вариант, в котором зондовые модули 8 имеют индивидуальную маркировку. Эта маркировка может быть выполнена, например, в виде цифр, букв и (или) их сочетаний (не показана).
Существуют также варианты, в которых гибкие консоли 4 имеют различную длину, и(или) различную ширину, и(или) различную толщину (не показано).
Существуют также варианты, в которых по меньшей мере одна гибкая консоль 4 имеет переменную ширину и(или) переменную толщину (не показано).
Существует также вариант, в котором по меньшей мере одна гибкая консоль 4 имеет V-образную форму 11.
Существует также вариант, в котором гибкие консоли 4 отличаются друг от друга механическими характеристиками. Это может быть обеспечено за счет выполнения их из различных материалов
Существуют также варианты, в которых зондовые модули 8 включают покрытия 15 (фиг.3), которые могут быть проводящими 16, и(или) ферромагнитными 17, и(или) магнитными 18, и(или) пьезоэлектрическими 19.
Существуют также варианты, в которых основание 1 имеет переменную толщину и(или) выполнено композитным. Переменная толщина, например, кремниевого основания 1 (фиг.4) может быть ступенчатой и иметь большую величину в центре за счет более высокого первого элемента 20 по сравнению со вторым элементом 21 в зоне установочного модуля 9. Выполнение основания 1 (фиг.5) композитным возможно в виде первого круглого фрагмента 22, изготовленного, например, из керамики или титана и склеенного эпоксидной смолой со вторым фрагментом 23 из кремния, имеющим форму кольца с зондовыми модулями.
Существуют также варианты, в которых основание 1 содержит по меньшей мере один функциональный модуль 25 (фиг.6), сопряженный с по меньшей мере одним зондовым модулем 8. При этом по меньшей мере один функциональный модуль 25 выполнен в виде электронного модуля 30 (фиг.7) и(или) в виде магнитопровода 35 (фиг.8). Электронный модуль 30 может включать, например, предусилитель, обеспечивающий усиление рабочего сигнала от пьезоэлектрического покрытия 15. Магнитопровод 35 может быть соединен с магнитным покрытием 18. При этом через него может осуществляться модуляция магнитного поля на зонде 7.
Существует также вариант, в котором установочный модуль 9 (фиг.9) включает первое отверстие 40, второе отверстие 41 и третье отверстие 42. Посредством отверстий 40 и 41 можно базировать основание 1 на захвате 43 сканирующего зондового микроскопа 44 (показаны условно) с использованием штырей 45 и 46. При этом возможно обеспечение упора этих штырей в стенки отверстий 40 и 41. При таком базировании можно обеспечить погрешность установки основания 1 на захвате 43 в пределах 2-3 мкм. Отверстия 40 и 41 могут быть преимущественно выполнены в композитном основании 1, в титановом фрагменте 22. Закрепление основания 1 на захвате 43 может быть осуществлено через отверстие 42 винтом (не показано). Существует также вариант, в котором установочный модуль 9 включает первый выступ 55 (фиг.10), второй выступ 56 и четвертое отверстие 57. Выступы 55 и 56 могут быть преимущественно выполнены в композитном основании 1, в титановом фрагменте 22. Посредством выступов 55 и 56 можно базировать основание 1 на захвате 43 сканирующего зондового микроскопа 44 (показаны условно) с использованием квадратных отверстий 58 и 59 захвата 43. При этом возможно обеспечение упора этих штырей в стенки отверстий 60, 61 и 62. При таком базировании можно обеспечить погрешность установки основания 1 на захвате 43 в пределах 1 мкм. Закрепление основания 1 на захвате 43 может быть осуществлено через отверстие 57 винтом (не показано).
Существует также вариант, в котором установочный модуль 9 включает магнитный материал 65 (фиг.11), нанесенный на поверхность основания 1, посредством которого может быть осуществлено закрепление основания 1 на захвате 43. При этом захват 43 может включать соленоид 68. Базирование основания 1 в этом случае может быть осуществлено, как показано на фиг.9. Следует заметить, что через соленоид 68 может одновременно осуществляться модуляция магнитного поля на зонде. В этом случае магнитный материал 65 может быть соединен с магнитопроводом 35.
Материалы, размеры и технология изготовления зондовых модулей являются традиционными для изготовления кантилеверов сканирующих зондовых микроскопов и подробно описаны в [2, 3, 4, 5, 6, 7].
Устройство работает следующим образом. Основание 1 закрепляют на захвате 43 СЗМ 44. После завершения работы с одним зондовым модулем 8 осуществляют поворот основания 1 на требуемый угол и продолжают работу с другим зондовым модулем. Подробнее функционирование предложенного устройства описано в [1].
То, что основание (1) включает установочный модуль (9), имеющий координатную привязку с зондовыми модулями (8), позволяет автоматически сопрягать светоотражающие консоли с оптической системой слежения за гибкой консолью (4) после поворота основания (1), что упрощает использование многозондового датчика, особенно в условиях агрессивной среды и вакуума. При использовании других систем слежения обеспечивается более точный выход зонда (5) в зону измерения, что создает возможность исследования более широкого круга объектов. В обоих случаях расширяются функциональные возможности устройства.
То, что зондовые модули (8) имеют индивидуальную маркировку, позволяет в процессе работы оперативно выбирать необходимый режим работы, что расширяются функциональные возможности устройства.
То, что гибкие консоли (4) имеют различную длину, и(или) различную ширину, и(или) различную толщину, по меньшей мере одна гибкая консоль (4) имеет переменную ширину и(или) переменную толщину, по меньшей мере одна гибкая консоль (4) имеет V-образную форму (11), позволяет исследовать более широкий круг материалов, что расширяются функциональные возможности устройства.
То, что гибкие консоли (4) отличаются друг от друга механическими характеристиками, одновременно позволяет оперативно выбирать необходимый режим работы и исследовать более широкий круг материалов, что расширяются функциональные возможности устройства.
То, что зондовые модули (8) включают покрытия (15), которые могут быть проводящими, и(или) ферромагнитными, и(или) магнитными, и(или) пьезоэлектрическими, позволяет оперативно выбирать необходимый режим работы и исследовать более широкий круг материалов, что расширяются функциональные возможности устройства.
То, что основание (1) имеет переменную толщину и(или) выполнено композитным, упрощает его замену, а также повышает точность его установки, что упрощает его эксплуатацию в условиях ограниченного доступа.
То, что основание (1) содержит по меньшей мере один функциональный модуль (25), сопряженный с по меньшей мере одним зондовым модулем (8), при этом по меньшей мере один функциональный модуль (25) выполнен в виде электронного модуля (30) и(или) в виде магнитопровода, (35) позволяет исследовать более широкий круг материалов, что расширяет функциональные возможности устройства.
То, что установочный модуль (9) включает первое отверстие (40), второе отверстие (41) и третье отверстие (42) или включает первый выступ (55), второй выступ (56) и четвертое отверстие (57), повышает точность его установки, что упрощает его эксплуатацию в условиях ограниченного доступа.
То, что установочный модуль (9) включает магнитный материал (60), упрощает его замену, что упрощает его эксплуатацию в условиях ограниченного доступа.
Литература
1. Патент RU 2244256.
2. Патент RU 2121657.
3. Патент RU 2340963.
4. Патент US 4943719.
5. Патент US 5264696.
6. Патент US 5345815.
7. Патент US 6156216.