一种扫描隧道显微镜针尖加热装置

摘要

一种扫描隧道显微镜针尖加热装置，用电子束加热针尖的装置，包括一个电子束针尖加热载体；所述载体包含有两根灯丝；两根灯丝都装置于一对接触臂之间；所述一对接触臂和上述的电子束针尖加热载体其它部分绝缘；还包含有一个基台，所述基台是用于装载上述电子束针尖加热载体并给钨丝和针尖供电的；所述的电子束加热针尖支架还包括一个针尖支架；所述针尖支架中包含有一个绝缘于所述针尖支架的其它部分但和针尖导通且单独给针尖加电势的柱子。

权利要求

1.一种扫描隧道显微镜针尖加热装置，用电子束加热所述针尖，其特征是包括一个电子束针尖加热载体和一个基台；所述载体包含有两根灯丝；两根灯丝都装置于一对接触臂之间；所述一对接触臂和上述的电子束针尖加热载体其它部分绝缘；所述基台是用于装载上述电子束针尖加热载体并给灯丝和针尖供电的；所述电子束针尖加热载体还包括一个针尖支架；所述针尖支架中包含有一个与所述针尖支架的其它部分绝缘但和针尖导通且单独给针尖加电势的柱子。

2.如权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖加热装置，其特征是传入电子束针尖加热载体中的针尖，是位于两根灯丝之间。

3.如权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖加热装置，其特征是电子束针尖加热载体中的灯丝与每次传入的针尖之间的相对位置是固定的。

4.如权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖加热装置，其特征是所述电子束针尖加热载体是可移动的，而灯丝是连接在这个可移动的载体上。

5.如权利要求1所述的扫描隧道显微镜针尖加热装置，其特征为包含一个底部支架金属板和一个顶部金属板，这两部分是用很多的螺栓固定起来的。

说明书

一种扫描隧道显微镜针尖加热装置

技术领域

[0001] 本发明涉及扫描隧道显微镜技术，是用于加热扫描隧道显微镜针尖的装置。

背景技术

[0002] 扫描隧道显微镜通过以探针和样品表面的隧穿电流作为反馈信号来对样品的形貌进行表征。 根据量子效应，隧穿电流与探针和样品表面之间的距离成指数关系，因而以隧穿电流作反馈信号使得扫描隧道显微镜具有极高的空间分辨能力，能实现样品的实空间原子级成像。 同时，通过改变隧穿条件还能对样品表面的电子结构实现微区测量。近年来，人们利用隧道磁阻效应，还成功实现了对样品磁化方向的测量，即自旋极化扫描隧道显微镜。 因此，它逐渐成为表征固体表面形貌、电子态密度以及磁性纳米结构的最重要手段之一。

[0003] 自旋极化扫描隧道显微镜的针尖通常是由电化学腐蚀法制得的钨针尖，它在进入超高真空腔之前不可避免地会在表面形成几纳米厚的氧化层(主要是WO3)。氧化层会增大有效电阻，因此可能在获得设定的隧穿电流之前针尖和样品就发生了碰撞。 另外，如果不去除针尖表面的氧化层就往上面镀磁性材料，在传针尖的过程中所镀材料很容易脱落，去除氧化层在洁净的钨表面镀材料有利于增大镀层所受的束缚力，使得针尖更加稳定。 因此去除针尖的氧化层对于获得稳定的隧穿效应和自旋极化扫描隧道显微镜的正常工作是至关重要的。 去除氧化层需要将针尖加热到2200K以上，这一温度高于钨的氧化物的熔点而低于钨的熔点，可以很好地使氧化层熔化脱落。

[0004] 本发明就是要提供一种扫描隧道显微镜针尖的加热装置，这种加热装置可以在把针尖加热到2200K以上的同时，还要解决原有技术的一些缺点，尽可能地完善这一技术。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的问题是，提供一种可以将针尖加热到2200K的扫描隧道显微镜针尖加热装置。

[0006] 本发明的技术方案是，所提供的扫描隧道显微镜针尖加热装置包括一个电子束针尖加热载体，所述的电子束针尖加热载体包括两根灯丝，这两根灯丝被连接在一对接触臂之间，这一对接触臂是和针尖支架的其它部分绝缘的；还包括一个基台，该基台用于装配所述针尖加热载体并给灯丝提供电流，给针尖提供高压。 当把灯丝传入到针尖加热载体中时，针尖位于两根灯丝之间，且每次传入针尖时，保证针尖的位置与灯丝之间的相对位置不变。 针尖支架上有一个绝缘于其它部分的柱子与针尖相连接，单独给针尖加正电势。

[0007] 本发明中，灯丝是装配在可移动的针尖加热装置上，从而使得可以在不破坏真空环境的情况下把针尖加热装置移出扫描隧道显微镜的扫描腔，更换灯丝。

[0008] 本发明提供的电子束加热装置可以加热针尖到2300K以上。附图说明：

[0009] 图1是针尖加热支架的结构图。

[0010] 图2是针尖支架的侧视图。

[0011] 图3是用于装配针尖加热支架的基台的上视图。

[0012] 图4是扫描隧道显微镜针尖加热装置的整体装配图。具体实施方式：

[0013] 本发明提供了一种扫描隧道显微镜针尖加热装置，此装置包括一个电子束针尖加热的支架，支架包含有两根灯丝，两根灯丝都装置于一对接触臂之间；这一对接触臂和上述的电子束加热支架其它部分绝缘；还包含有一个基台，此基台是用于装配上述电子束加热针尖支架并给钨丝和针尖供电的；上述的电子束针尖支架加热包括一个针尖支架，支架下面有三个柱子，针尖支架插入针尖加热载体中处于最前端的那根柱子绝缘于针尖支架的其它部分，而只和针尖相连接，实现单独给针尖加一个正电势。 下面我们给出具体的实例来说明此项发明。

[0014] 如图1所示是针尖加热载体的结构图。从图中可以看到底部金属盘5上有一圆形孔，这是便于导入图2中所示的针尖支架。 两个水平锁6并不在同一水平面上，这是考虑到图2的针尖支架的结构中有一个台阶8，这样使针尖支架可以沿着水平锁6的方向移动而不会发生旋转。针尖支架上的圆盘16是软磁材料，当其沿水平锁移动时被另一端的磁铁18固定住。针尖加热载体中的接触臂3用于点焊两根钨丝，通电钨丝起到发射热电子作用，陶瓷绝缘管2和陶瓷环4两部分将接触臂3与其他金属部分绝缘，最后整个针尖加热载体再由倒置的螺栓固定住。 螺栓之所以倒置是因为这样从下往上装配各零件，在接触臂3之间点焊钨丝就很方便。 底部金属板和顶部金属板上各有突出的把手19，是给机械手抓取用，而且针尖加热载体在插入本文所述的加热装置和扫描隧道显微镜的腔装载针尖的插槽时分别是底部金属板5和顶部金属板1插入，为了减小插入时受到的力矩，机械手抓在不同的把手上。

[0015] 图3是基台其作用是装载针尖加热载体以及给钨丝和针尖供电，其中主要有四种用于固定零件的圆孔，正如图中所标它们分别用于固定电刷(14)、夹具(15)、基台和导电弹簧片。当针尖加热载体插入基台时，针尖支架下半部分凸出的三个柱脚17中有一个在最前面，它与针尖是电导通的，它会挤压基台中的接触弹簧7，很高的正电势通过固定接触弹簧7的螺栓提供给针尖，达到吸引热电子的目的。

[0016] 图4是整体装配图，基台被固定在不锈钢的支撑平台上，基台上的弹簧片夹住插入的针尖加热主载体的底部金属板5，这时陶瓷绝缘管2被针尖加热载体的接触臂3挤，电流通过电刷14流经钨丝，这样所需的三个电极都是固定在基台上。

[0017] 整个原位自旋极化扫描隧道显微镜针尖加热装置，基台被高度可调的不锈钢板支撑起来，下面的不锈钢支撑板焊在四电极的feedthrough上，再通过feedthrough封入超高真空腔。 电子束蒸发源正好装在针尖加热装置的正上方，针尖在加热去除氧化层后并不移动，蒸发源直接在针尖上镀磁性薄膜。