Устройства прецизионного перемещения зонда и образца

Одной из важных технических задач в сканирующей зондовой микроскопии является необходимость прецизионного перемещения зонда и образца с целью образования узкого рабочего промежутка. Для решения этой проблемы применяются различные типы устройств, осуществляющих перемещения объектов с высокой точностью.

В современных СЗМ наибольшее распространение получили различного рода шаговые двигатели.

Шаговые электродвигатели (ШЭД) представляют собой электромеханические устройства, которые преобразуют электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Важным преимуществом шаговых электродвигателей является то, что они обеспечивают однозначную зависимость положения ротора от входных импульсов тока, так что угол поворота ротора определяется числом управляющих импульсов. В ШЭД вращающий момент создается магнитными потоками, создаваемыми полюсами статора и ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Статор изготавливается из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеет несколько полюсов. Если одна из обмоток шагового электродвигателя запитана, то ротор принимает определенное положение. Выключая ток в данной обмотке и включая в другой, можно перевести ротор в следующее положение и т.д. Таким образом, управляя током обмоток, можно осуществлять вращение ротора ШЭД в шаговом режиме. Он будет находиться в этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, называемого моментом удержания [3].

Требования хорошей изоляции приборов от внешних вибраций и необходимость работы зондовых микроскопов в условиях вакуума накладывают ограничения на применение чисто механических устройств для перемещений зонда и образца. В связи с этим широкое распространение в зондовых микроскопах получили устройства на основе пьезоэлектрических преобразователей (шаговые и пьезодвигатели), позволяющие осуществлять дистанционное управление перемещением объектов.