Система прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц

Система прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц

Реферат

Изобретение относится к области научного приборостроения, позволяет создавать и исследовать объекты размерами до 10^-10 метра.

Известна система сканирующего туннельного микроскопа (патент Швейцарии N 643397, кл. Н01J 37/285). Система основана на использовании механического зонда для получения увеличенных изображений поверхности. Методом сканирующей туннельной микроскопии можно получать трехмерное изображение поверхности с разрешением до долей ангстрема. В конструкцию системы сканирующего туннельного микроскопа входят зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи, ЭВМ для управления процессом сканирования, получения и обработки изображения. Туннельный сенсор измеряет ток, протекающий между металлическим зондом, который почти касается проводящего образца, и образцом. Зонд представляет собой остро заточенную иглу. Изменению расстояния от иглы до образца отвечают резкие экспоненциальные изменения туннельного тока. Таким же образом, при помощи системы сканирующей зондовой микроскопии можно переносить атомы и создавать объекты, состоящие из нескольких атомов.

Недостатками данной системы являются: 1) относительно большое время сканирования поверхности; 2) относительно низкое разрешение при сканировании предельно плоских поверхностей, которое лимитируется диаметром атома на самом конце зонда; 3) подлинное изображение искажается из-за влияния геометрии острия зонда при прохождении туннельного тока; 4) для создания объектов из отдельных атомов в экспериментальных и тем более промышленных целях туннельная микроскопия неприемлема, так как занимает очень большое время.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в возможности реализации:

- растровой электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью, определяемой квантовым соотношением неопределенности;

- ионной микроскопии с разрешением, зависящим от энергии и массы иона;

- электронной просвечивающей микроскопии;

- на основе заявленного изобретения возможно создание различных систем конструирования нанообъектов из отдельных атомов.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц такие узлы, как зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи, ЭВМ для управления процессом сканирования, получения и обработки изображения, полностью заменены следующими узлами и блоками: источник заряженных частиц (источник ускоренных ионов или электронов); диафрагма; электростатический вентиль; система регистрации координат и скорости заряженной частицы; система корректировки движения заряженной частицы; система отработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движением частицы. Также система прецизионной корректировки и управления отличается принципом работы, он состоит из следующих этапов: из потока заряженных частиц, при помощи электростатического вентиля выделяется отдельная частица, далее, системой регистрации координат и скорости заряженной частицы определяется ее скорость и координаты; рассчитывается электрическое поле, необходимое для прецизионной корректировки движения, рассчитанный сигнал подается к системе корректировки движения; в результате чего заряженная частица попадает в строго определенное место на мишени.

На чертеже изображена схема системы прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц.

Она включает источник заряженных частиц 1 для создания потока ионов или электронов. Диафрагма 2 для ограничения расходимости потока заряженных частиц. Электростатический вентиль 3, обеспечивающий запирание потока с целью обеспечения последовательного прохождения заряженных частиц в систему регистрации. Система регистрации координат и скорости заряженной частицы 4 состоит из четырех пар емкостных микроклиньев 4.1-4.4, обеспечивающих измерение координат XY и скорости заряженной частицы. Блок обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движением частицы 5 для расчета сигнала, необходимого для корректировки движения заряженной частицы. Система корректировки движения заряженной частицы 6 состоит из двух корректирующих электрических емкостей 6.1, 6.2, направляющих заряженную частицу в строго определенную позицию на мишени.

Система работает следующим образом из источника заряженных частиц 1 вылетают частицы, диафрагма 2 ограничивает расходимость потока частиц, то есть отсеивает частицы, имеющие неперпендикулярный вектор движения, по отношению к диафрагме. Далее частицы движутся к электростатическому вентилю 3. После регистрации частицы в системе регистрации координат и скорости заряженной частицы 4 сигнал передается в систему отработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5, после чего электростатический вентиль 3 закрывается, тем самым, предотвращая доступ в систему более одной частицы одновременно. При движении заряженной частицы через емкостные микроклинья 4.1 системой обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5 фиксируется координата Y; при движении через микроклинья 4.2 определяется координата движения X. Затем, пройдя расстояние l на микроклиньях 4.3 и 4.4 вторично определяются координаты, тем самым, по значению расстояния l, система обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5 определяет скорость частицы. Пройдя буферную длину L, которая определяется временем обработки сигнала, заряженная частица попадает в систему корректировки движения заряженной частицы 6, которая состоит из двух корректирующих электрических емкостей 6.1, 6.2, изменяющих координаты частицы по Y и Х соответственно за счет сигнала, подаваемого от системы обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5. После чего частица попадает на мишень в заданную координату.

Система прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц, содержащая последовательно расположенные на одной оптической оси: источник заряженных частиц, ускоренных ионов или электронов, диафрагму, электростатический вентиль, систему регистрации координат и скорости заряженной частицы и систему корректировки движения заряженной частицы; после регистрации частицы в системе регистрации координат и скорости заряженной частицы сигнал передается в систему обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы, после чего электростатический вентиль закрывается, предотвращая доступ в систему более одной частицы одновременно, системой регистрации координат и скорости заряженной частицы определяется ее скорость и координаты; в системе корректировки движения заряженной частицы изменяются координаты частицы за счет сигнала, подаваемого от системы обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы, в результате чего заряженная частица попадает в строго определенное место на мишени.