УЛУЧШЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Крупкина Татьяна Юрьевна; Пьянков Евгений Сергеевич; Алексеев Алексей Алексеевич; Измайлов Дмитрий Андреевич

УДК 004.312.44

Улучшение системы позиционирования в сканирующей зондовой микроскопии

Т.Ю.Крупкина, Е.С.Пьянков, А.А.Алексеев Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

Д.А.Измайлов ЗАО «Нанотехнология МДТ» (г.Москва)

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) позволяют как измерять рельеф поверхностных структур с атомарным разрешением [1], так и модифицировать его [2, 3]. Однако существует ряд проблем физического характера, накладывающих ограничения на функциональные возможности прибора. Например, одним из критических узлов современных СЗМ является система позиционирования зонда, на работу которой оказывают влияние многочисленные негативные факторы: акустические и механические вибрации; факторы, связанные с неидеальностью пьезоэлектрического сканера, а также температурные дрейфы.

Предлагаемый метод улучшения системы позиционирования дополняет уже известные аппаратные методы коррекции температурного дрейфа [4]. В основе метода лежит принцип температурной стабилизации электронной системы считывания данных, которая поддерживает температуру на образце.

В силу конструктивных особенностей внутри электронной системы управления и считывания данных возникают непостоянные градиенты температуры. Источниками нестабильности температуры внутри электронной системы управления и считывания данных являются блок питания и нагревательная часть прибора. Температура во время работы может изменяться от 27 до 52 °С. Так как в конструкции прибора помимо части, осуществляющей нагрев образца, присутствует высокоточная аналоговая часть, регистрирующая показания датчиков на образце, изменяющийся градиент температуры внутри измерительного блока влияет на электрические сопротивления, используемые в цепях обратной связи операционных усилителей (рисунок).

Каждое электрическое сопротивление имеет помимо конечной точности номинала в использованных резисторах 0,1% еще и температурный коэффициент, который составляет ±50 ррт/°С. Поэтому в условиях переменной температуры окружающей среды значение

Принципиальная схема преобразования электрического сигнала от датчика в дифференциальный сигнал для АЦП

номинала резистора изменяется. Так как данные резисторы установлены в цепях обратной связи операционных усилителей, используемых для преобразования показаний датчиков, это сказывается на интерпретации полученных значений в АЦП.

Листинг моделирования ситуации в среде Cadence 5.4.1 приведен ниже:

-АЦП Температура,°С

0,3214551 27

0,3217361 30

0,3218581 33

0,3221412 36

0,3223812 39

0,322,5139 42

0,3227759 45

0,3230462 48

0,3232527 52

+АЦП Температура,°С

1,7265391 27

1,7262614 30

1,7260761 33

1,7258864 36

1,7256962 39

1,7254811 42

1,7252767 45

1,7250481 48

1,7247482 52

Из приведенных результатов можно рассчитать изменение дифференциального сигнала для АЦП при 27 и 52 "С

Аи27°с -Аи52°с = 3588,5мкВ.

Для того чтобы узнать, на сколько должно измениться значение дифференциального сигнала при изменении показаний АЦП на 1 единицу, необходимо разделить максимальный сигнал на число, соответствующее 18 бит АЦП:

2,048В - ЗРРРР = 2,048В - 262143« 8 мкВ.

Используя это выражение, получим, что при изменении дифференциального сигнала на 3588,5 мкВ выходные данные АЦП изменятся на 449 единиц АЦП, что соответствует изменению температуры примерно на 0,582 "С Следовательно, в алгоритм поддержания обратной связи поступают некорректные сведения о текущей температуре, а значит, он не обеспечивает должную точность постоянства температуры на образце.

Для реализации метода разработана система специализированных микросхем. Проведенные эксперименты показали, что введение температурной стабилизации электронной системы управления и считывания данных при температуре 60 °С уменьшило температурный дрейф зонда относительно образца с 5,4 до 2,5 нм/ч.

Литература

1. Быков В.А Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей: дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2000. - 393 с.

2. BarrettR.C., Quate C.F. Charge storage in a nitride-oxide-silicon medium by scanning capacitance microscopy // J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 70. -P. 2725.

3. KadoH., Tohda T. Nanometer-scale recording on chalcogenide films with an atomic force microscope // Appl. Phys. Lett. - 1995. - Vol. 66. - P. 2961.

4. Magonov S.N., Whangbo M-H. Surface analysis with STM and AFM: experimental and theoretical aspects of image analysis. - WeinHeim; New York; Basel; Cambridge; Tokyo: VHC, 1996. - 318 p.

Поступило 14 октября 2010 г.

Крупкина Татьяна Юрьевна - доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой интегральной микроэлектроники и микросистем (ИЭМС) МИЭТ. Область научных интересов: моделирование технологических процессов и интегральных приборов, методы проектирования интегральной элементной базы и микросистем.

Пьянков Евгений Сергеевич - аспирант кафедры ИЭМС МИЭТ. Область научных интересов: сканирующая зондовая микроскопия, воздействие температуры на работу прецизионных приборов, теория передачи и обработки цифровых сигналов. E-mail: zugus@mail.ru

Алексеев Алексей Алексеевич - аспирант кафедры ИЭМС МИЭТ. Область научных интересов: системы-на-кристалле, микроконтроллерная техника, проектирование, тестирование.

Измайлов Дмитрий Андреевич - инженер ЗАО «Нанотехнология МДТ» (г. Москва). Область научных интересов: сканирующая зондовая микроскопия, приборостроение.

УДК 621.391

Условие устойчивости мобильной беспроводной сети

А.В.Гуреев, Ю.Б.Миронов

Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

Влияние помех от мобильных абонентов приводит к снижению динамической чувствительности приемников базовых станций /П0р к (пороговое значение сигнала на входе приемника к-й базовой станции) и вычисляется из системы уравнений [1]:

-^порД {PJРш )сист ^ . akiPnop,i {PJРш )систРш.т,к ■

(1)

i Фк

где

- - Z Fk

(2)

LМП:,

- „ L? кф(г, Т

Здесь коэффициент Fkj = 1, если ячейки к и i используют одинаковый набор частотных каналов, и Fki = 0 - если разный (в (2) его можно опустить, но проводить суммирование только по ячейкам с частотами, повторяющими частоты к-й ячейки); L-t,

Lfy - потери распространения между антенной абонента и антеннами i-й и к-й базовых станций соответственно; ф(т, т--), ф(гк, т) - диаграммах

направленности антенн i-й и к-й базовых станций; dj ) - плотность трафика, приходящаяся на один частотный канал, в точке Г- при условии, что эта точка не

обслуживается анализируемым сектором к-й базовой станции; AS - площадь элементарного участка рассматриваемой территории (суммирование проводится по всем точкам, кроме тех, которые обслуживаются к-й ячейкой) (рисунок); (Рс/ Рш ) -

требуемое отношение сигнал/(помеха+шум) в сети; Рш т к - эффективные тепловые шумы.

На практике ячейки с повторяющимися частотами отстоят далеко друг от друга, тогда

I- - П|<< Т - , L-k ~ Ltk , ф(4, П)»ф(П,П )=фкг, ф(П, Gt = const, (3)

Механизм появления помех в обратной линии сотовой сети

Текст научной работы на тему «УЛУЧШЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ»