[發明專利]一種隧道結并聯電阻法掃描隧道顯微鏡高帶寬前放

在審

• 申請號: 201710114944.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106849887A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李全鋒;王洋;崔明煥
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H03F1/48
• 分類號: H03F1/48;H03F3/08;G01Q60/10
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司41107
• 代理人: 于兆惠

技術領域

本發明屬于掃描隧道顯微鏡高帶寬前放技術領域，具體涉及一種隧道結并聯電阻法掃描隧道顯微鏡高帶寬前放。

背景技術

高帶寬掃描隧道顯微鏡（STM）前置放大電路一直以來是許多團隊努力的目標。但當帶寬足夠大時，帶寬內的噪音也會被放大。當某個噪音的頻率f_n在放大電路的諧振頻率或附近且電路無阻尼或阻尼比較小時，該頻率的噪音幾乎會被無限放大，直至達到電路的飽和輸出為止，即所謂的自激震蕩。此時，電路錯誤輸出，STM前放無法正常工作。

消除自激震蕩的一個方法是增大反饋電容C_f，即相位補償法。但如此以來，根據帶寬公式：f_b=1/2pR_fC_f，帶寬會被明顯降低，因此不是最佳選擇。

消除自激震蕩的另一個方法是降低反饋系數，降低反饋系數可以通過（A）增大反饋電阻R_f的阻值或者（B）降低隧道結等效電阻R_ST的方法來實現。但在探針與樣品逼近到隧穿區之前，探針與樣品之間幾乎沒有任何電流，即等效電阻幾乎是無窮大的。如此一來，即使反饋電阻的阻值是1GΩ，反饋系數仍然很大，幾乎永遠是常量1，使方法（A）沒有效果。又因為隧道結等效電阻R_ST是待測對象，不能人為降低，導致方法（B）也沒有效果。最終導致自激震蕩成為高帶寬STM前放的攔路虎。

為了解決上述難題，結合STM的工作原理，在項目批準號為：11304082的國家自然科學基金“超快速掃描隧道顯微鏡的改進與應用”的支持下，本發明提出了一種隧道結并聯電阻法高帶寬無自激前置放大電路。

發明內容

本發明的目的是提供了一種隧道結并聯電阻法掃描隧道顯微鏡高帶寬前放。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種隧道結并聯電阻法掃描隧道顯微鏡高帶寬前放，包括掃描隧道顯微鏡前置放大電路，其特征在于：在導電樣品與導電探針形成的隧道結兩端并聯有電阻。

進一步優選，所述電阻的連接支路上設有開關，當導電探針的針尖靠近導電樣品時開關閉合，當導電探針的針尖與導電樣品間的等效電阻阻值不大于所設置電阻的阻值時開關斷開。

進一步優選，所述電阻的阻值滿足掃描隧道顯微鏡前置放大電路的輸出能夠正確響應輸入信號的變化。

進一步優選，所述電阻的阻值為掃描隧道顯微鏡前置放大電路反饋電阻阻值的0.01-0.2倍。

進一步優選，所述前置放大電路為跨阻放大器結構，所述導電樣品與導電探針形成的隧道結的一端接地，導電樣品與導電探針形成的隧道結的另一端與跨阻放大器的反相輸入端連接，跨阻放大器的同相輸入端與偏置電壓的一端連接，偏置電壓的另一端接地，跨阻放大器的反相輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻。

進一步優選，所述電阻的阻值為100KΩ，反饋電阻的阻值為1MΩ，跨阻放大器中的集成運算放大器的型號為OPA627。

進一步優選，所述電阻為定值電阻或可調電阻。

本發明能夠在不改變隧道結信息的前提下消除STM前放的自激震蕩，使STM前放的帶寬更大。

附圖說明

圖1是本發明隧道結并聯電阻法高帶寬無自激前置放大電路原理圖；

圖2是本發明實際測試時的電路原理圖；

圖3是本發明利用圖2中參數的STM前放測到的原子分辨率圖像；

圖4是本發明隧道結并聯電阻法高帶寬無自激前置放大電路開關支路式原理圖。

圖中：1、導電探針，2、導電樣品。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。