[發明專利]用于多探針STM的分時復用控制裝置及多探針STM

有效

• 申請號: 201711090168.6
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107907712B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 郇慶;嚴佳浩;鮑麗宏;高鴻鈞
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01Q60/16
• 分類號: G01Q60/16;G01Q60/10
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

1.一種用于多探針STM的分時復用控制裝置，所述多探針STM包括一個STM控制單元以及多個STM探針，所述多個STM探針的每一個與一個前置放大器相連，其特征在于，所述分時復用控制裝置包括：

與每個前置放大器的輸出端相連的一個切換子單元，每個切換子單元連接至所述STM控制單元和對應的STM探針；

與每個切換子單元相連的一個采樣保持子單元；以及

切換控制裝置，其用于控制每個切換子單元將相連的前置放大器輸出的電壓信號輸出至相連的一個采樣保持子單元或所述STM控制單元，將相連的一個采樣保持子單元輸出的電壓和/或所述STM控制單元輸出的掃描管驅動電壓輸出至對應的STM探針的掃描管控制端，以及將所述STM控制單元輸出的粗進針驅動電壓輸出至對應的STM探針的粗進針控制端；

其中，每個所述采樣保持子單元包括：

第一采樣裝置，用于獲得所述STM控制單元輸出的掃描管驅動電壓的電壓數值；

第二采樣裝置，用于獲得與其相連的前置放大器的輸出電壓的電壓數值；以及

電壓保持裝置，用于根據所述第一采樣裝置獲得的電壓數值輸出數值相等的保持電壓，以及根據所述第二采樣裝置獲得的電壓數值輸出用于控制對應的STM探針的針尖位置的定位電壓。

2.根據權利要求1所述的用于多探針STM的分時復用控制裝置，其特征在于，每個所述切換子單元包括：

針尖切換開關，其用于使得相連的前置放大器輸出的電壓信號輸出至相連的一個采樣保持子單元或所述STM控制單元；

掃描管切換開關，其用于使得相連的一個采樣保持子單元輸出的電壓和/或所述STM控制單元輸出的掃描管驅動電壓輸出至對應的STM探針的掃描管控制端；

粗進針切換開關，其用于使得所述STM控制單元輸出的粗進針驅動電壓輸出至對應的STM探針的粗進針控制端。

3.根據權利要求2所述的用于多探針STM的分時復用控制裝置，其特征在于，所述粗進針切換開關擇一地使得所述STM控制單元和相連的一個采樣保持子單元連接至對應的STM探針的粗進針控制端。

4.根據權利要求3所述的用于多探針STM的分時復用控制裝置，其特征在于，所述采樣保持子單元還包括用于給相應的STM探針的粗進針控制端提供脈沖電壓信號的脈沖信號發生器。

5.根據權利要求1至4中任一項所述的用于多探針STM的分時復用控制裝置，所述切換控制裝置控制每個所述切換子單元依次處于如下狀態：

使得相連的前置放大器的輸出端連接至所述STM控制單元，且所述STM控制單元輸出的掃描管驅動電壓和粗進針驅動電壓分別輸出至對應的STM探針的掃描管控制端和粗進針控制端；

使得相連的前置放大器的輸出端連接至所述STM控制單元，且所述STM控制單元輸出的掃描管驅動電壓和相連的一個采樣保持子單元輸出的電壓并聯后輸出至對應的STM探針的掃描管控制端；

使得相連的前置放大器的輸出端連接至所述STM控制單元，相連的一個采樣保持子單元輸出的電壓輸出至對應的STM探針的掃描管控制端；

使得相連的前置放大器的輸出端連接至對應的采樣保持子單元，相連的一個采樣保持子單元輸出的電壓輸出至對應的STM探針的掃描管控制端，且所述STM控制單元與對應的STM探針的粗進針控制端之間斷開連接。

6.一種多探針STM，其特征在于，包括：

一個STM控制單元；

多個STM探針，所述多個STM探針的每一個與一個前置放大器相連；以及

如權利要求1至5中任一項所述的分時復用控制裝置。

7.根據權利要求6所述的多探針STM，其特征在于，每個所述前置放大器包括隧穿電流放大器和連接在所述隧穿電流放大器的輸入端和對應的STM探針的針尖之間的前置開關。

8.根據權利要求7所述的多探針STM，其特征在于，所述多探針STM還包括輸運測量單元，每個所述前置放大器的所述前置開關可控地使得對應的STM探針的針尖連接至所述輸運測量單元和所述前置放大器中的所述隧穿電流放大器的輸入端之一。