Пристрій для ближньопольової мікроскопії діелектричних об’єктів

Пристрій для ближньопольової мікроскопи діелектричних об'єктів, що містить коливальну структуру з двома петлями зв'язку і голкою зонда на КІНЦІ та генератор, зв'язаний з першою петлею зв'язку, який відрізняється тим, що генератор має додатковий вхід, який з'єднано з другою петлею зв'язку Винахід відноситься до області радіофізики, а саме, до скануючої ближньопольової зондової мікроскопи і може бути застосований для вимірювання малих неоднорідностей діелектричної проникності As різних об'єктів в наукових дослідженнях, та для удосконалення технології виготовлення високо однорідних діелектричних шарів в НВЧ та нанотехнологп ВІДОМІ пристрої - зондові ближньопольові мікрохвильові мікроскопи для вимірювання топографи розподілу неоднорідностей діелектричної проникності об'єктів As в тому чи іншому частотному діапазоні з наступною комп'ютерною візуалізацією їх на екрані монітора [1] - аналог, що має генератор, який перестроюється, коливальну структуру з петлею зв'язку та голкою зонду на КІНЦІ Піднесення голки зонду до діелектрика призводить до зміщення резонансної частоти коливальної структури, значення якої визначається шляхом перестройки генератора для знаходження максимума контуру резонансної лінії КІНЦІ Сигнал генератора, який перестроюється, збуджує за допомогою першої петлі зв'язку коливальну структуру з зондом на КІНЦІ І далі подається через інвертор фази на перший вхід фазового детектора На другий вхід фазового детектора подається з другої петлі зв'язку відбитий сигнал коливальної структури Коли частота генератора, який перестроюється, збігається з резонансною частотою коливальної структури, різниця фаз збуджуючого та відбитого сигналів на обох петлях зв'язку дорівнює нулю, а на обох входах фазового детектора вона, ВІДПОВІДНО, дорівнює ті/2, що призводить до компенсації цих сигналів на виході фазового детектора Смуга частот в зоні компенсації при достатній чутливості тракта може бути на декілька порядків вужче смуги частот контура резонансної лінії коливальної структури, що призводить до ВІДПОВІДНОГО збільшення чутливості системи до малих змін As Недоліком таких пристроїв є те, що при вимірюванні малих та надмалих неоднорідностей діелектричної проникності (As), контур резонансної лінії майже не зміщюється відносно свого вихідного положення, і індикація такого малого зміщення викликає значні труднощі Для підвищення точності індикації застосовуються різні компенсаційні [2] та модуляційні [3] методи Найближчим до винаходу по технічній суті є пристрій [4] - прототип, цю складається з генератора, який перестроюється, та коливальної структури з двома петлями зв'язку і голкою зонду на Недоліками прототипу є недостатня точність реєстрації резонансної частоти і низька стабільність тракту для виміру малих та надмалих неоднорідностей As В мікрохвильовому діапазоні інверсію фази можна точно виконати тільки на одній частоті, для зміни якої інвертор необхідно перестроювати А для знаходження резонансної частоти коливальної структури генератор треба перестроювати в певному діапазоні частот і, при цьому, точна інверсія порушується Крім того, для таких інверторів характерна значна температурна нестабільність, яка призводить до утворення додаткової похибки за рахунок того, що компенсація в фазовому детекторі відбувається вже не на резо ю о (О 60519 ливальної структури 1 змінюється, тобто змінюється і частота генерації, яка завжди автоматично виникає точно на резонансній частоті коливальної структури Таким чином відбувається відслідковування найменших змін As Частотомір 7, підключений до виходу генератора 6, з високою точністю вимірює найменші зсуви частоти генерації, реєструючи найменші зміни неоднорідностей As діелектрика, який вимірюється При наявності втрат в цьому діелектрику, зростають втрати коливальної структури 1, тобто зменшується величина позитивного зворотного зв'язку Це призводить до зменшення амплітуди генерації, вимірюючи яку за допомогою вольтметра 8, визначаємо величину Поставлена задача вирішується тим, що привтрат - tg5 стрій для ближньопольової мікроскопи діелектричних об'єктів, що містить коливальну структуру з Виміри, проведені на полікоровій пластині з s = двома петлями зв'язку і голкою зонда на КІНЦІ та 9,6 показали наступні результати піднесення плагенератор, зв'язаний з першою петлею зв'язку, у стини до голки зонду зміщує частоту генерації з ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом, генератор має додат3,600553 ГГц до 3,599631 ГГц, тобто на 948 кГц, ковий вхід, який з'єднано з другою петлею зв'язку що забезпечує можливість обчислення величини є з великою точністю Для прискорення процедури Додатковий вхід генератора, з'єднаний з друрахування ми працювали з одиницею молодшого гою петлею зв'язку, створює в пристрої новий корозряду частотоміра в 1 кГц, при цьому, роздільна мутаційний зв'язок Це вигідно відрізняє винахід здатність індикації по As становить приблизно 0,9від прототипу і аналогів, оскільки тепер не потріб10 3 на одну одиницю молодшого розряду, тобто в но знаходити положення максимума контуру лінії цьому режимі реєстрації пристрій у змозі розрізнярезонансу, тому що генерація завжди автоматично ти тисячні долі зміни є Нами використовувався виникає точно на резонансній частоті Вимір часчастотомір ЧЗ-34А з НВЧ блоком ЯЗЧ-51, що дототи генерації цифровим частотоміром забезпечує зволяє в цьому частотному діапазоні, при відповівисоку точність цифрової реєстрації м надмалих дному збільшенні часу рахування, зменшити одизсувів Крім того, використання резонансної струкницю молодшого розряду до 10 Гц, тобто підняти тури з двома петлями зв'язку замість фазового точність реєстрації ще на 2 порядки - до однієї детектора вилучає з тракту нестабільний елемент стотисячної долі зміни є, тобто пристрій має вели- інвертор Таким чином, зникає необхідність закий запас по точності, яка на декілька порядків стосування складних компенсаційних схем, що перевищує точність вимірювання є і прототипу і робить пристрій високоточним і, крім того, просаналогів тим нансній частоті коливальної структури Таким чином, система видає помилкове значення частоти резонанса, а отже і похибку вимірювання As Задачею винаходу є створення пристрою для ближньопольової мікроскопи діелектричних об'єктів з високою роздільною здатністю по As шляхом введення коливальної структури з двома петлями зв'язку і голкою зонда на КІНЦІ ДО складу коливального контуру генератора, що забезпечує збільшення точності виміру малих та надмалих значень As за рахунок підвищення стабільності тракта і зменшення похибки реєстрації резонансної частоти коливальної структури На фіг зображена блок-схема пристрою, яка складається з коливальної структури 1 з двома петлями зв'язку 2, 3 і зондом 4 на КІНЦІ, генератора 5, вихід якого з'єднаний з першою петлею зв'язку 2, цифрового частотоміра 6 та цифрового вольтметра 7, лінії зв'язку 8, що з'єднує другу петлю зв'язку 3 з додатковим входом генератора 9 Пристрій працює наступним чином Діелектрик, який вимірюється, підноситься до голки зонду 4 Вихідний сигнал генератора 5 поступає на першу петлю зв'язку 2 і збуджує електромагнітні коливання коливальної структури 1 Відбитий від коливальної структури 1 сигнал через другу петлю зв'язку 3 і введений новий комутаційний зв'язок 8 надходить на не інвертуючий додатковий вхід генератора 9 і утворює в генераторі позитивний зворотній зв'язок через коливальну структуру 1 Максимум позитивного зворотного зв'язку, а отже і частота генерації, визначається максимумом контуру лінії резонансу коливальної структури 1 При переміщенні голки зонда 4 вздовж поверхні діелектрика, який вимірюється, резонансна частота ко Таким чином, запропонований пристрій забезпечує значне збільшення точності реєстрації зміщення резонансної частоти коливальної структури, підвищує стабільність тракту, тобто зменшує похибку виміру величини діелектричної проникності, і, таким чином, значно підвищує роздільну здатність вимірювання малих та надмалих неоднорідностей величини діелектричної проникності діелектриків Джерела інформації 1 D Е Steinhauer, С Р Vlahacos et al Applied Physics Letters, November 1999, v 75, No 20 p 3180-3182 2 M Golosovsky D Davidov Applied Physics Letters, March 1996, v 68, No 11, p 1579-1581 3 С P Vlahacos, D E Steinhauer et al Applied Physics Letters, April 1998, v 72, No 14, p 17781780 4 Xiao-Dong Xiang, Chen Gao US Patent No US 6,173,604 Bl, Jan 16,2001 60519 ФІГ. Комп'ютерна верстка М Клюкш Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119