專利名稱：用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米科學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì) 微納探針制備控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景掃描探針是微納形貌超精密測(cè)量設(shè)備的關(guān)鍵部件，制備高性能的探針對(duì)提 高測(cè)量和加工的精度有至關(guān)重要的意義。目前，探針的制備多采用電化學(xué)腐蝕 方法，此方法在國(guó)內(nèi)外存在以下三個(gè)缺點(diǎn)1)鎢絲浸沒深度不精確，總體偏差 大；2)最優(yōu)電解電流的控制策略未能確定；3)針尖形成點(diǎn)的檢測(cè)不夠準(zhǔn)確， 回路電流切斷不夠及時(shí)。傳統(tǒng)的探針制備方法很大程度上依賴的是經(jīng)驗(yàn)，而且全過程都需要人的參 與，效率低。本發(fā)明的探針制備控制系統(tǒng)克服了上述缺點(diǎn)，具有自動(dòng)化程度高、 控制實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，從針尖形成到斷電的響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到1(^S的水平。整個(gè) 控制系統(tǒng)可控性好、簡(jiǎn)單、成本低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決鎢絲浸沒深度控制問題和針尖形成瞬間準(zhǔn)確、及 時(shí)斷電的問題，避免了通過人工判斷所導(dǎo)致的滯后，提供一種用于掃描隧道顯 微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)。用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)中的處理器分別與 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量旋轉(zhuǎn)編碼器、計(jì)算機(jī)、AD采集器、電解回路控制模塊相 連接，伺服電機(jī)分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、鉤電極相連接，高速精密 電流傳感器與AD采集器相連接，電解回路分別與電解回路控制模塊、高速精 密電流傳感器、鎢電極相連接。所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器其內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為信號(hào)分配器依次與功率 放大器、伺服電機(jī)、鉤電極相連接。電解電流控制模塊、高速精密電流傳感器 內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為,數(shù)控直流電源依次與電解電極、電子開關(guān)、高速精密電 流傳感器相連接，高速精密電流傳感器與AD采集器相連接，數(shù)控直流電源與計(jì) 算機(jī)相連接。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1)高度自動(dòng)化，用戶僅需設(shè)定 工作模式及參數(shù)，剩余的自動(dòng)完成；2)探針針尖半徑可穩(wěn)定降低到50納米。3) 80%以上的成功率，有高度可靠性。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明電解電流的控制及檢測(cè)電路的原理圖。 圖4是本發(fā)明中針尖形成點(diǎn)檢測(cè)算法軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)中的 處理器分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量旋轉(zhuǎn)編碼器、計(jì)算機(jī)、AD采集器、電解回 路控制模塊相連接，伺服電機(jī)分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、鎢電極相連 接，高速精密電流傳感器與AD采集器相連接，電解回路分別與電解回路控制模 塊、高速精密電流傳感器、鎢電極相連接。
用戶通過計(jì)算機(jī)設(shè)定系統(tǒng)的工作模式、控制參數(shù)等，處理器根據(jù)用戶設(shè)定 自動(dòng)完成所有過程，同時(shí)電解回路的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示到計(jì)算機(jī)上，便于用戶決策。
如圖2所示，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器其內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為信號(hào)分配器依次與 功率放大器、伺服電機(jī)、鎢電極相連接。控制器從計(jì)算機(jī)上得到浸沒深度的值 后將其換算成相應(yīng)的脈沖數(shù)，伺服電機(jī)在向下進(jìn)給的同時(shí)通過旋轉(zhuǎn)編碼器反饋 鎢電極的位置，直到鎢電極的浸沒深度恰好等于設(shè)定的深度為止。
如圖3所示，電解電流控制模塊、高速精密電流傳感器內(nèi)部模塊的連接關(guān)系 為，數(shù)控直流電源依次與電解電極、電子開關(guān)、高速精密電流傳感器相連接，高 速精密電流傳感器與AD采集器相連接，數(shù)控直流電源與計(jì)算機(jī)相連接。脈寬 調(diào)制信號(hào)由處理器產(chǎn)生，通過控制電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解電流的PWM控制，采 用不同頻率、占空比的PWM信號(hào)控制電解，所得到的探針不一樣。電解過程中， 電流與探針的變化發(fā)展有密切關(guān)系，快速準(zhǔn)確分析電流的變化特征是找出針尖 形成點(diǎn)的關(guān)鍵。針尖形成點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)刻伴隨有電流的跳變，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該跳 變之后，迅速關(guān)斷電流，防止針尖的鈍化。
如圖4所示，控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，先是通過串行通訊口從計(jì)算機(jī)終端獲取用 戶設(shè)定的參數(shù)，然后初始化系統(tǒng)并啟動(dòng)，隨后不斷采集電流信號(hào)，并分電流的 變化特征，直到針尖形成點(diǎn)的出現(xiàn)，最后關(guān)斷回路電流以保護(hù)針尖。
權(quán)利要求
1、一種用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)，其特征在于處理器分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量旋轉(zhuǎn)編碼器、計(jì)算機(jī)、AD采集器、電解回路控制模塊相連接，伺服電機(jī)分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、鎢電極相連接，高速精密電流傳感器與AD采集器相連接，電解回路分別與電解回路控制模塊、高速精密電流傳感器、鎢電極相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于掃描隧道顯微鏡的純鉤材質(zhì)微納探針制 備控制系統(tǒng)，其特征在于所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器其內(nèi)部模塊的連接關(guān)系為信 號(hào)分配器依次與功率放大器、伺服電機(jī)、鴇電極相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于掃描隧道顯微鏡的純鴨材質(zhì)微納探針制 備控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電解電流控制模塊、高速精密電流傳感器內(nèi)部 模塊的連接關(guān)系為,數(shù)控直流電源依次與電解電極、電子開關(guān)、高速精密電流傳 感器相連接，高速精密電流傳感器與AD采集器相連接，數(shù)控直流電源與計(jì)算機(jī) 相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于掃描隧道顯微鏡的純鎢材質(zhì)微納探針制備控制系統(tǒng)。處理器分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量旋轉(zhuǎn)編碼器、計(jì)算機(jī)、AD采集器、電解回路控制模塊相連接，伺服電機(jī)分別與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、增量編碼器、鎢電極相連接，高速精密電流傳感器與AD采集器相連接，電解回路分別與電解回路控制模塊、高速精密電流傳感器、鎢電極相連接。本發(fā)明具有高度自動(dòng)化，用戶只需要預(yù)先設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，剩余的自動(dòng)完成，包括鎢絲的定位，電流的控制，針尖形成點(diǎn)檢測(cè)及斷電等，生產(chǎn)效率、探針品質(zhì)和探針的成功率都得到很好的保障。
文檔編號(hào)G05B15/02GK101324785SQ20081006298
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者伏明明, 居冰峰, 朱海科, 楊運(yùn)海, 燁 陳, 高陣雨 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)