[发明专利]一种用于扫描隧道显微镜的主动式降噪方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在扫描隧道显微镜上的主动式降噪方法，及采用这种降噪方法的扫描隧道显微镜。

背景技术

根据采集模式不同，扫描隧道显微镜测量的隧道谱分为：(1)随偏压变化的隧道谱，也就是我们通常所说的单点隧道谱；(2)随位置变化的隧道谱，也即扫描隧道谱。这两种谱的采集内容一样，不同的是说明的问题不一样，其中单点隧道谱给出的是不同能量下的电子态密度，即在样品表面某一点，采集不同偏压下的dI/dV值，以得到dI/dV～V曲线；而扫描隧道谱给出的是同一能量下不同位置的电子态密度；这就要求在采集单点隧道谱时，需要反馈开环，以便保证隧道电流随偏压变化的时候，探针不受反馈的控制，并保持针尖与样品的距离恒定，这样采集到的才是真正的单点隧道谱；而采集扫描隧道谱时，则需要反馈闭环，并保持偏压不变。

扫描隧道谱显微镜在测量隧道谱时，针尖通常距离样品表面1nm左右，由于在单点隧道谱测量中，反馈处于开环状态，即反馈此时不作为，因此，一点振动或者热漂移就会使得针尖远离或者撞击到样品表面，这样就无法得到可靠稳定的隧道谱。通常的解决方法包括外部的地面隔离、声学隔离屋，空气腿，以及内部的弹簧减振装置、紧凑的扫描装置设计，等等。然而这些结构同时增大了设计的难度，而且降低了探针的运动范围。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种主动式降噪方法，利用该方法，可在保持反馈开环的状态下，使扫描隧道显微镜的探针与样品距离保持恒定，特别是在规律的噪声环境下，能够正常稳定工作。本发明还进一步提供一种应用了上述方法的扫描隧道显微镜。

为达到上述目的，本发明一种用于扫描隧道显微镜的主动式降噪方法，该方法具体为：在采谱探针所在的扫描管上同时并列安装一个机械性能相同的探针作为外界噪声采样探针，并将该采样探针设置在反馈闭环状态，工作时，使采样探针与采谱探针同时工作在隧流状态，在采样探针保持与样品表面之间距离恒定的同时，使采谱探针一同与样品表面之间保持距离恒定。

进一步，工作时，所述采样探针的反馈信号调制到所述扫描管的Z轴方向驱动信号中，通过扫描管Z轴方向的伸缩，实现与样品表面之间距离的恒定，并同时带动与扫描管锁定的采谱探针保持与样品表面之间距离的恒定。

进一步，所述采谱探针与采样探针在Z轴方向均可独立驱动，采样探针通过其自身Z轴方向的伸缩，实现与样品表面之间距离的恒定，同时采样探针的反馈信号被提取并调制到采谱探针的Z轴方向驱动信号中，使采谱探针一同保持与样品表面之间距离的恒定。

一种应用上述主动式降噪方法的扫描隧道显微镜，该显微镜包括扫描管，扫描管上并列设置有一采谱探针和一外界噪声采样探针，两探针的机械性能相同，其中，采谱探针处于反馈开环状态，采样探针处于反馈闭环状态；扫描管固定两探针一端被沿Z轴方向对称截劈成两部分，两探针分别固定在所述两部分的内壁上。

进一步，所述采谱探针和采样探针均通过磁铁被吸附固定在所述扫描管内壁设置的轨道上，所述轨道均沿扫描管Z轴方向设置。

本发明通过设置与采谱探针机械性能相同的噪声采样探针后，由于这两个探针感受到的是近似相同的外界噪声，因此不论是依靠采样探针自身的隧流恒定模式，还是利用采样探针的反馈信号来控制采谱探针，均可使采谱探针与样品表面之间的距离保持恒定，从而为扫描隧道显微镜在噪声环境下可靠稳定地采集单点隧道谱提供了保证，同时，本发明扫描隧道显微镜具有结构简单，工作可靠稳定的特点。

附图说明

图1为应用本发明方法的扫描隧道显微镜扫描管结构示意图；

图2为Si(111)-(7×7)的隧道谱在主动式反馈和反馈开环下的比较图；

图3加到扫描管上的粗进针驱动电压波形图。

具体实施方式