Сканер для зондовой микроскопии на основе монокристаллических биморфов

Для научного и технического применения разработано большое многообразие систем микро- и наноперемещений, в основе которых лежит обратный пьезоэффект. В них используют в качестве активных элементов различные виды пьезокерамики ввиду больших значений ее пьезомодулей. Однако трудной задачей становится компенсация нелинейности, ползучести и температурного дрейфа.

Системы, основанные на монокристаллах, имеют значительно меньшие значения нелинейностей, больший интервал температурной стабильности, но у них более высокие рабочие напряжения из-за меньших значений пьезомодулей. При определенном соотношении геометрических размеров и с сформированной бидоменной структурой элементов удается добиться значений перемещений, сравнимых с пьезокерамикой. В связи с этим монокристаллические элементы являются в ряде случаев хорошей альтернативой существующим пьезокерамическим.

Наиболее явно недостатки пьезокерамики (ползучесть и нелинейность) проявляются в сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) в виде искажения изображений, получаемых путем перемещения зонда относительно образца, что связано со структурной особенностью пьезокерамики (поликристалличностью).

Основным направлением данной работы являлось исследование деформационных характеристик пьезоэлектрического сканера на основе монокристаллических биморфах с целью его использования в СЗМ. Создана трехкоординатная система точного перемещения с симметричным расположением активных элементов X и Y. Измерен диапазон перемещений, который составил 6 мкм, 6 мкм и 5 мкм для основных осей X, Y и Z соответственно (см. рисунок 1). Из графиков видно, что значения перемещений зависят линейно от прикладываемого напряжения в пределах погрешности измерений (±0,2 мкм).

 

 

Рисунок 1 – Измерения деформационных характеристик сканера

 

Полученные данные позволяют реализовать следующий этап исследований, а именно применение в СЗМ сканера на основе монокристаллических биморфов из ниобата лития и измерение тестовых образцов.

Научный руководитель – доцент, к.ф.-м.н. Малинкович Михаил Давыдович