[发明专利]一种隧道结并联电阻法扫描隧道显微镜高带宽前放

说明书

技术领域

本发明属于扫描隧道显微镜高带宽前放技术领域，具体涉及一种隧道结并联电阻法扫描隧道显微镜高带宽前放。

背景技术

高带宽扫描隧道显微镜（STM）前置放大电路一直以来是许多团队努力的目标。但当带宽足够大时，带宽内的噪音也会被放大。当某个噪音的频率f_n在放大电路的谐振频率或附近且电路无阻尼或阻尼比较小时，该频率的噪音几乎会被无限放大，直至达到电路的饱和输出为止，即所谓的自激震荡。此时，电路错误输出，STM前放无法正常工作。

消除自激震荡的一个方法是增大反馈电容C_f，即相位补偿法。但如此以来，根据带宽公式：f_b=1/2pR_fC_f，带宽会被明显降低，因此不是最佳选择。

消除自激震荡的另一个方法是降低反馈系数，降低反馈系数可以通过（A）增大反馈电阻R_f的阻值或者（B）降低隧道结等效电阻R_ST的方法来实现。但在探针与样品逼近到隧穿区之前，探针与样品之间几乎没有任何电流，即等效电阻几乎是无穷大的。如此一来，即使反馈电阻的阻值是1GΩ，反馈系数仍然很大，几乎永远是常量1，使方法（A）没有效果。又因为隧道结等效电阻R_ST是待测对象，不能人为降低，导致方法（B）也没有效果。最终导致自激震荡成为高带宽STM前放的拦路虎。

为了解决上述难题，结合STM的工作原理，在项目批准号为：11304082的国家自然科学基金“超快速扫描隧道显微镜的改进与应用”的支持下，本发明提出了一种隧道结并联电阻法高带宽无自激前置放大电路。

发明内容

本发明的目的是提供了一种隧道结并联电阻法扫描隧道显微镜高带宽前放。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种隧道结并联电阻法扫描隧道显微镜高带宽前放，包括扫描隧道显微镜前置放大电路，其特征在于：在导电样品与导电探针形成的隧道结两端并联有电阻。

进一步优选，所述电阻的连接支路上设有开关，当导电探针的针尖靠近导电样品时开关闭合，当导电探针的针尖与导电样品间的等效电阻阻值不大于所设置电阻的阻值时开关断开。

进一步优选，所述电阻的阻值满足扫描隧道显微镜前置放大电路的输出能够正确响应输入信号的变化。

进一步优选，所述电阻的阻值为扫描隧道显微镜前置放大电路反馈电阻阻值的0.01-0.2倍。

进一步优选，所述前置放大电路为跨阻放大器结构，所述导电样品与导电探针形成的隧道结的一端接地，导电样品与导电探针形成的隧道结的另一端与跨阻放大器的反相输入端连接，跨阻放大器的同相输入端与偏置电压的一端连接，偏置电压的另一端接地，跨阻放大器的反相输入端和输出端之间连接有反馈电阻。

进一步优选，所述电阻的阻值为100KΩ，反馈电阻的阻值为1MΩ，跨阻放大器中的集成运算放大器的型号为OPA627。

进一步优选，所述电阻为定值电阻或可调电阻。

本发明能够在不改变隧道结信息的前提下消除STM前放的自激震荡，使STM前放的带宽更大。

附图说明

图1是本发明隧道结并联电阻法高带宽无自激前置放大电路原理图；

图2是本发明实际测试时的电路原理图；

图3是本发明利用图2中参数的STM前放测到的原子分辨率图像；

图4是本发明隧道结并联电阻法高带宽无自激前置放大电路开关支路式原理图。

图中：1、导电探针，2、导电样品。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。