 |
|
Керування роботою СТМ
Схема системи керування СТМ представлена на рис. 1.14. Система керування складається із цифрової частини у вигляді набору ЦАП і АЦП, реалізованої на базі персонального комп'ютера, і аналогової частини, виконаної звичайно у вигляді окремого блоку. Напруга на тунельному проміжку задається оператором за допомогою ЦАП - U, а підтримуваний системою зворотного зв'язку струм - за допомогою ЦАП - I. Двоканальні цифро-аналогові перетворювачі ЦАП - X і ЦАП - У служать для формування рядкових і кадрових розгорнень. Петля зворотного зв'язка складається з попереднього підсилювача (ПУ), конструктивно розташованого у вимірювальній голівці СТМ, різницевого підсилювача (РУ), фільтра низьких частот (ФНЧ), підсилювачів У4 і У5, п’єзоперетворювача, що регулює величину тунельного проміжку.
Рисунок 1.14 – Схема системи керування скануючого тунельного мікроскопа
Перед початком роботи оператор установлює робочі параметри тунельного струму і напруги та включає систему зближення зонда і зразка. При цьому керуюча напруга подається на двигун із ЦАП - Д. У початковому стані струм у петлі зворотного зв'язка відсутній, і сканер максимально витягнуть у напрямку до зразка. З появою тунельного струму зворотний зв'язок відсуває сканер, і система переходить у режим точної установки зразка. У цьому режимі відбувається спільний рух зразка і відсунення (системою ЗЗ) зонда доти, поки сканер не встане в середину свого динамічного діапазону. При цьому в петлі зворотного зв'язка підтримується постійним обране оператором значення тунельного струму.
Сканування зразка здійснюється при подачі напруг пилкоподібної форми на зовнішні електроди трубчастого сканера за допомогою двуканальних ЦАП-Х і ЦАП-У і двуканальних високовольтних підсилювачів У1 і У2. При скануванні система зворотного зв'язка підтримує постійним тунельний струм. Це відбувається в такий спосіб. Реальне миттєве значення тунельного струму 
рівняється на різницевому підсилювачі зі значенням 
, заданим оператором. Різницевий сигнал 
підсилюється (підсилювачами У4 і У5) і подається на внутрішній Z-електрод сканера. Таким чином, при скануванні напруга на Z-електроді сканера виявляється пропорційною рельєфу поверхні. Сигнал з виходу підсилювача У4 записується за допомогою АЦП як інформація про рельєф поверхні.
Для одержання інформації про розподіл локальної роботи виходу сигнал з генератора Г змішується через підсилювач У5 з напругою на Z-електроді. Відповідний компонент тунельного струму на частоті ω виділяється смуговим фільтром (ПФ) і детектується за допомогою синхронного детектора (СД), на який також подається опорна напруга з генератора, що задає. Фаза сигналів синхронізується за допомогою фазообертача (ФВ). Амплітуда струму на частоті ω записується до пам’яті комп'ютера за допомогою АЦП як сигнал, пропорційний локальній роботі виходу.
Реєстрація ВАХ тунельного контакту в заданій точці зразка здійснюється в такий спосіб. Зворотний зв'язок розривається на короткий час електронним ключем К. Напруга на внутрішньому електроді п’єзотрубки підтримується постійною за допомогою конденсатора С, так що зонд на короткий час зависає над поверхнею. Після цього із ЦАП-U на тунельний проміжок подається напруга U(t)пилкоподібної форми, і синхронно з ним в АЦП записується інформація про тунельний струм з виходу попереднього підсилювача (ПУ). Після цього ключ К замикається, і система зворотного зв'язка відновлює стан тунельного контакту, що відповідає умові 
. При необхідності процедура зняття ВАХ повторюється N раз для формування усереднених залежностей тунельного струму від напруги.