專(zhuān)利名稱(chēng):掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種掃描隧道顯微鏡針尖刻蝕儀，特別是一種掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
掃描隧道顯微鏡(STM)能獲得原子級(jí)的分辨率源自于掃描探針針尖的電子態(tài)以及針尖與樣品的相互作用。因此，人們希望能夠制備出針尖足夠尖銳以至于針尖末端僅有一個(gè)原子的理想針尖。雖然，現(xiàn)在技術(shù)上還沒(méi)有完全解決這個(gè)問(wèn)題，但是可以從中得知兩點(diǎn)第一，針尖制備依然是STM實(shí)驗(yàn)的中心問(wèn)題之一；第二，針尖制備中針尖銳化依然是發(fā)展方向。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)輕工業(yè)出版社出版(1996年12月出版)的，陳成鈞著《掃描隧道顯微理論》一書(shū)(華中一，朱昂如，金曉峰譯)，該書(shū)(第十三章第二節(jié)第274頁(yè))提到利用電化學(xué)腐蝕法銳化針尖，在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，對(duì)整個(gè)腐蝕過(guò)程產(chǎn)生影響的幾個(gè)參量1、電解池電位；2、液面的彎月液面形狀影響針尖的寬高比和整體形狀；3、電解液濃度；4、溶液中鎢絲長(zhǎng)度。5、腐蝕電流切斷響應(yīng)時(shí)間。在以上這些參量里，對(duì)針尖的幾何形狀產(chǎn)生影響的最重要的參量是鎢絲的下半部斷落后腐蝕電流切斷的時(shí)間。鎢絲下半段斷落后，腐蝕電流切斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得針尖繼續(xù)發(fā)生腐蝕反應(yīng)，使原已銳化的針尖因腐蝕遭到破壞。因此，腐蝕電流越小，切斷時(shí)間越短，針尖末端就越尖。若采用人工觀察控制的方法來(lái)切斷腐蝕電流，其主要做法是在電化學(xué)反應(yīng)的末期，人工觀察鎢絲在空氣—電解液界面處的腐蝕狀況，當(dāng)鎢絲在界面處的頸部變得足夠細(xì)而斷落時(shí)，人工切斷腐蝕電流。但是由于人的觀察不夠敏銳，反應(yīng)不夠迅捷等主客觀因素，針尖往往因腐蝕電流切斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而損壞，因此針尖制備的成功率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，通過(guò)電子線路和固定裝置來(lái)自動(dòng)控制腐蝕電流的切斷時(shí)間，這套電子線路的響應(yīng)時(shí)間可以控制在100ns左右。當(dāng)鎢絲的下半段斷落時(shí)，腐蝕電流突然下降，電路能識(shí)別出腐蝕電流的下降，并通過(guò)電子開(kāi)關(guān)把電流完全斷開(kāi)，達(dá)到自動(dòng)切斷的目的，從而能夠在更大程度上銳化針尖。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明由電路和電解池裝置兩個(gè)部分組成，電路包括電源輸出部分電路、制動(dòng)部分電路、邏輯判斷及鳴警部分電路和電解池變化反饋部分電路，電解池裝置由完全相同的左右兩部分組成，其中兩通管一邊各焊接一懸臂，另一邊通過(guò)螺母各固定于一中心軸上，兩中心軸設(shè)置在兩底座上，兩懸臂的末端通過(guò)螺母分別固定有陰極線圈或陽(yáng)極鎢絲，盛有腐蝕堿液的電解池設(shè)置在兩底座中間，用與電路正負(fù)極相連的鱷魚(yú)夾分別夾住陽(yáng)極鎢絲和陰極線圈上部，作為電解池的陰陽(yáng)兩電極。
陰極線圈和陽(yáng)極鎢絲可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母達(dá)到固定松開(kāi)，上下移動(dòng)的目的。通管可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母在中心軸上上下移動(dòng)。移動(dòng)兩底座可以調(diào)節(jié)前后和左右方向，以確保陽(yáng)極鎢絲在陰極線圈的中心位置。
以下對(duì)本發(fā)明電路構(gòu)成和連接方式作詳細(xì)介紹，具體內(nèi)容如下電源輸出部分電路回路構(gòu)成和連接方式三端穩(wěn)壓器的電壓輸入端1和電容C1的陽(yáng)極并接，接于穩(wěn)壓電源正極，三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2作為5V電壓輸出，三端穩(wěn)壓器點(diǎn)接地端3與電容C1，C2的陰極并接于地端。
制動(dòng)部分電路回路構(gòu)成和連接方式三極管Q1的集電極與電阻R1并接，接于電壓正極與三端穩(wěn)壓器電壓輸入端1，電容C1陽(yáng)極的并接端，三極管Q1的基極與電阻R1的另一端并接，此并接端通過(guò)電阻R2連到三極管Q2的集電極，三極管Q1的發(fā)射極作為腐蝕電壓輸出端與電解池中的陽(yáng)極鎢絲相連。
邏輯判斷及鳴警部分回路構(gòu)成和連接方式三極管Q2的集電極通過(guò)電阻R2相連于三極管Q1基極和電阻R1的并接端，三極管Q2的基極通過(guò)電阻R3和與非門(mén)的3端相連。三極管Q2的發(fā)射極與地端相接。
與非門(mén)的1端通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)接地，同時(shí)通過(guò)電阻R4與三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2相連；與非門(mén)的2端、6端、10端并接，接于12端；與非門(mén)的3端與4端相連，同時(shí)和R3相連；與非門(mén)的5端通過(guò)電阻R5與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連，同時(shí)接于電阻R7和穩(wěn)壓管D1陰極的并聯(lián)端。D1陽(yáng)極接地端。與非門(mén)的7端接地。與非門(mén)的8端通過(guò)電阻R6與發(fā)光二極管D2的陰極相連，發(fā)光二極管D2陽(yáng)極和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連。與非門(mén)的9端與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的11端通過(guò)蜂鳴器B.Z和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的13和14分別和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連。
電解池變化反饋部分電路回路構(gòu)成和連接方式電解池中的陰極線圈和可調(diào)電阻R9并接于電容器C3陰極端，可調(diào)電阻R9另一端接地。電容器C3陽(yáng)極端和可調(diào)電阻R8并接，同時(shí)并接端通過(guò)電阻R7與與非門(mén)和穩(wěn)壓管D1陰極的并接端相連?？烧{(diào)電阻R8另一端接地。
本發(fā)明電路中，電源為直流穩(wěn)壓電源10V；三端穩(wěn)壓器型號(hào)為7805；電阻R11KΩ，R2680Ω，R31KΩ，R410KΩ，R5最大阻值10K的可調(diào)電阻；R6330Ω，R71KΩ，R8最大阻值10K的可調(diào)電阻；R9最大阻值20K的可調(diào)電阻；電容C10.33μF，C20.1μF，C30.33μF；穩(wěn)壓管D13V，型號(hào)1N5225，D2普通發(fā)光二極管；三極管Q12SC536；Q22SC945；與非門(mén)型號(hào)74HC00；復(fù)位開(kāi)關(guān)普通小型復(fù)位開(kāi)關(guān)；蜂鳴器B.Z普通小型蜂鳴器。
當(dāng)鎢絲下半段因腐蝕斷落時(shí)，腐蝕電流隨之突然變小，與陰極線圈相連的電容器C3放電，從而使與非門(mén)的5號(hào)輸入端電位置低，6號(hào)輸出端電平置高，與之相連的2號(hào)輸入端電位亦置高，由于初始狀態(tài)下1號(hào)輸入端的電平為高電平，因此3號(hào)輸出端電平置低，低電平使與之串聯(lián)的兩個(gè)晶體管2SC945和2SC536截止，從而使腐蝕電流切斷，與此同時(shí)，與6號(hào)輸出端相連的10號(hào)、12號(hào)輸入端電平置低，從而使得發(fā)光二極管D2與蜂鳴器B.Z工作。
當(dāng)要重新制備新的針尖，可通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)使1號(hào)輸入端置低電平，使3號(hào)輸入端電平置高，使兩個(gè)晶體管2SC945和2SC536重新導(dǎo)通，產(chǎn)生腐蝕電流，同理電解槽中的陰極線圈此時(shí)向電容器C3充電，使得5號(hào)輸入端電平置高，從而使6號(hào)輸出端置低，而使8號(hào)及11號(hào)輸出端電平置高，使得在腐蝕過(guò)程中關(guān)閉發(fā)光二極管D2和蜂鳴器B.Z，新的電解反應(yīng)開(kāi)始。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在(1)由于與非門(mén)74HC00的響應(yīng)時(shí)間是8ns，三極管的響應(yīng)時(shí)間是40ns，因此本發(fā)明的電路自動(dòng)切斷的響應(yīng)時(shí)間約為100ns，能夠在針尖腐蝕斷落后極短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷電路，保護(hù)了已經(jīng)銳化的針尖不繼續(xù)被電解液腐蝕，極大的提高了針尖的銳度。(2)使用小功耗的直流穩(wěn)壓電源，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)小巧，拆裝更為簡(jiǎn)便。(3)陽(yáng)極鎢絲和陰極線圈可以根據(jù)不同的參數(shù)在上下前后左右三個(gè)方向能更準(zhǔn)確的自由調(diào)節(jié)，有利于制出更優(yōu)良的針尖，提高工作了效率。(4)帶有自動(dòng)鳴警功能，能提醒工作者及時(shí)將針尖從腐蝕液中取出，無(wú)需監(jiān)視其反應(yīng)情況，節(jié)省了大量的人力。



圖1本發(fā)明刻蝕儀結(jié)構(gòu)示意圖圖2本發(fā)明電路原理圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明由電路1和電解池裝置2兩個(gè)部分組成，電路1包括電源輸出部分電路a、制動(dòng)部分電路b、邏輯判斷及鳴警部分電路c和電解池變化反饋部分電路d，電解池裝置2由完全相同的左右兩部分組成，其中兩通管3的一邊各焊接一懸臂4，另一邊通過(guò)螺母各固定于一中心軸5上，兩中心軸5設(shè)置在兩底座6上，兩懸臂4的末端通過(guò)螺母分別固定有陰極線圈7或陽(yáng)極鎢絲8，盛有腐蝕堿液的電解池9設(shè)置在兩底座6中間，用與電路1正負(fù)極相連的鱷魚(yú)夾10分別夾住陽(yáng)極鎢絲8和陰極線圈7上部，作為電解池9的陰陽(yáng)兩電極。
陰極線圈7和陽(yáng)極鎢絲8通過(guò)調(diào)節(jié)螺母實(shí)現(xiàn)固定松開(kāi)、上下移動(dòng)。通管3通過(guò)調(diào)節(jié)螺母可在中心軸5上上下移動(dòng)。通過(guò)前后左右移動(dòng)兩底座6，可確保陽(yáng)極鎢絲8在陰極線圈7的中心位置。
以下對(duì)本發(fā)明電路構(gòu)成和連接方式作詳細(xì)介紹，具體內(nèi)容如下如圖2所示，電源輸出部分電路a回路構(gòu)成和連接方式三端穩(wěn)壓器的電壓輸入端1和電容C1的陽(yáng)極并接，接于穩(wěn)壓電源正極，三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2作為5V電壓輸出，三端穩(wěn)壓器點(diǎn)接地端3與電容C1，C2的陰極并接于地端。
制動(dòng)部分電路b回路構(gòu)成和連接方式三極管Q1的集電極與電阻R1并接，接于電壓正極與三端穩(wěn)壓器電壓輸入端1，電容C1陽(yáng)極的并接端，三極管Q1的基極與電阻R1的另一端并接，此并接端通過(guò)電阻R2連到三極管Q2的集電極，三極管Q1的發(fā)射極作為腐蝕電壓輸出端與電解池中的陽(yáng)極鎢絲相連。三極管Q2的集電極通過(guò)電阻R2相連于三極管Q1基極和電阻R1的并接端，三極管Q2的基極通過(guò)電阻R3和與非門(mén)的3端相連，三極管Q2的發(fā)射極與地端相接。
邏輯判斷及鳴警部分c回路構(gòu)成和連接方式與非門(mén)的1端通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)接地，同時(shí)通過(guò)電阻R4與三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2相連；與非門(mén)的2端、6端、10端并接，接于12端；與非門(mén)的3端與4端相連，同時(shí)和R3相連；與非門(mén)的5端通過(guò)可調(diào)電阻R5與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連，同時(shí)接于電阻R7和穩(wěn)壓管D1陰極的并聯(lián)端，D1陽(yáng)極接地端，與非門(mén)的7端接地，與非門(mén)的8端通過(guò)電阻R6與發(fā)光二極管D2的陰極相連，發(fā)光二極管D2陽(yáng)極和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連，與非門(mén)的9端與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的11端通過(guò)蜂鳴器B.Z和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的13端和14端分別和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連。
電解池變化反饋部分d電路回路構(gòu)成和連接方式電解池中的陰極線圈和可調(diào)電阻R9并接于電容器C3陰極端，可調(diào)電阻R9另一端接地，電容器C3陽(yáng)極端和可調(diào)電阻R8并接，同時(shí)并接端通過(guò)電阻R7與與非門(mén)和穩(wěn)壓管D1陰極的并接端相連，可調(diào)電阻R8另一端接地。
本發(fā)明電路中，穩(wěn)壓電源為直流穩(wěn)壓電源10V；三端穩(wěn)壓器型號(hào)為7805；電阻R11KΩ，R2680Ω，R31KΩ，R410KΩ，R5最大阻值10K的可調(diào)電阻；R6330Ω，R71KΩ，R8最大阻值10K的可調(diào)電阻；R9最大阻值20K的可調(diào)電阻；電容C10.33μF，C20.1μF，C30.33μF；穩(wěn)壓管D13V，型號(hào)1N5225；發(fā)光二極管D2普通小型發(fā)光二極管；三極管Q12SC536；Q22SC945；與非門(mén)型號(hào)74HC00；復(fù)位開(kāi)關(guān)普通小型復(fù)位開(kāi)關(guān)；蜂鳴器B.Z普通小型蜂鳴器。
權(quán)利要求
1.一種掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，包括電解池裝置(2)，其特征在于還包括電路(1)，電路(1)包括電源輸出部分電路a、制動(dòng)部分電路b、邏輯判斷及鳴警部分電路c和電解池變化反饋部分電路d，電解池裝置(2)由完全相同的左右兩部分組成，其中兩通管(3)的一邊各焊接一懸臂(4)，另一邊通過(guò)螺母各固定于一中心軸(5)上，兩中心軸(5)設(shè)置在兩底座(6)上，兩懸臂(4)的末端通過(guò)螺母分別固定有陰極線圈(7)或陽(yáng)極鎢絲(8)，電解池(9)設(shè)置在兩底座(6)中間，與電路(1)正負(fù)極相連的鱷魚(yú)夾(10)分別夾住陰極線圈(7)和陽(yáng)極鎢絲(8)上部，作為電解池(9)的陰陽(yáng)兩電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，所述的制動(dòng)部分電路b回路構(gòu)成和連接方式三極管Q1的集電極與電阻R1并接，接于電壓正極與三端穩(wěn)壓器電壓輸入端1，電容C1陽(yáng)極的并接端，三極管Q1的基極與電阻R1的另一端并接，此并接端通過(guò)電阻R2連到三極管Q2的集電極，三極管Q1的發(fā)射極作為腐蝕電壓輸出端與電解池中的陽(yáng)極鎢絲相連，三極管Q2的集電極通過(guò)電阻R2相連于三極管Q1基極和電阻R1的并接端，三極管Q2的基極通過(guò)電阻R3和與非門(mén)的3端相連，三極管Q2的發(fā)射極與地端相接；
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，所述的邏輯判斷及鳴警部分c回路構(gòu)成和連接方式與非門(mén)的1端通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)接地，同時(shí)通過(guò)電阻R4與三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2相連；與非門(mén)的2端、6端、10端并接，接于12端；與非門(mén)的3端與4端相連，同時(shí)和R3相連；與非門(mén)的5端通過(guò)可調(diào)電阻R5與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連，同時(shí)接于電阻R7和穩(wěn)壓管D1陰極的并聯(lián)端，穩(wěn)壓管D1陽(yáng)極接地端，與非門(mén)的7端接地，與非門(mén)的8端通過(guò)電阻R6與發(fā)光二極管D2的陰極相連，發(fā)光二極管D2陽(yáng)極和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連，與非門(mén)的9端與三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的11端通過(guò)蜂鳴器B.Z和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連；與非門(mén)的13端和14端分別和三端穩(wěn)壓器電壓輸出端2相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，所述的電解池變化反饋部分電路d回路構(gòu)成和連接方式電解池中的陰極線圈和可調(diào)電阻R9并接于電容器C3陰極端，可調(diào)電阻R9另一端接地，電容器C3陽(yáng)極端和可調(diào)電阻R8并接，同時(shí)并接端通過(guò)電阻R7與與非門(mén)和穩(wěn)壓管D1陰極的并接端相連，可調(diào)電阻R8另一端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，所述的電源輸出部分電路a回路構(gòu)成和連接方式三端穩(wěn)壓器的電壓輸入端1和電容C1的陽(yáng)極并接，接于穩(wěn)壓電源正極，三端穩(wěn)壓器的電壓輸出端2作為5V電壓輸出，三端穩(wěn)壓器點(diǎn)接地端3與電容C1，C2的陰極并接于地端。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2或3或4或5所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，穩(wěn)壓電源為直流穩(wěn)壓電源10V；三端穩(wěn)壓器型號(hào)為7805；電阻R11KΩ，R2680Ω，R31KΩ，R410KΩ，R5最大阻值10K的可調(diào)電阻；R6330Ω，R71KΩ，R8最大阻值10K的可調(diào)電阻；R9最大阻值20K的可調(diào)電阻；電容C10.33μF，C20.1μF，C30.33μF；穩(wěn)壓管D13V，型號(hào)1N5225；發(fā)光二極管D2普通小型發(fā)光二極管；三極管Q12SC536；Q22SC945；與非門(mén)型號(hào)74HC00；復(fù)位開(kāi)關(guān)普通小型復(fù)位開(kāi)關(guān)；蜂鳴器B.Z普通小型蜂鳴器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，陰極線圈(7)和陽(yáng)極鎢絲(8)固定松開(kāi)、上下移動(dòng)通過(guò)調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，通管(3)通過(guò)調(diào)節(jié)螺母在中心軸(5)上上下移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀，其特征是，通過(guò)前后左右移動(dòng)兩底座(6)確保陽(yáng)極鎢絲(8)在陰極線圈(7)的中心位置。
專(zhuān)利摘要
一種掃描隧道顯微鏡針尖自動(dòng)控制刻蝕儀屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明由電路和電解池裝置兩個(gè)部分組成，電路包括電源輸出部分電路、制動(dòng)部分電路、邏輯判斷及鳴警部分電路和電解池變化反饋部分電路，電解池裝置由完全相同的左右兩部分組成，其中兩通管一邊各焊接一懸臂，另一邊通過(guò)螺母各固定于中心軸上，兩中心軸設(shè)置在兩底座上，兩懸臂的末端通過(guò)螺母分別固定有陰極線圈或陽(yáng)極鎢絲，電解池設(shè)置在兩底座中間，用與電路正負(fù)極相連的鱷魚(yú)夾分別夾住陽(yáng)極鎢絲和陰極線圈上部，作為電解池的陰陽(yáng)兩電極。本發(fā)明的電路自動(dòng)切斷的響應(yīng)時(shí)間約為100ns，能提高了針尖的銳度，裝置結(jié)構(gòu)小巧，拆裝更為簡(jiǎn)便，移動(dòng)方便提高工作了效率，自動(dòng)報(bào)警無(wú)需監(jiān)視，節(jié)省了人力。
文檔編號(hào)G01Q60/16GKCN1438655SQ03116028
公開(kāi)日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年3月27日
發(fā)明者余昶, 王暉, 鄒志強(qiáng), 梁齊, 王慶康 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan