针尖制备控制装置制造方法及图纸

公开了一种针尖制备控制装置。根据一实施例，所述针尖制备控制装置包括：电解腐蚀电路，包括电解池及其为该电解池供电的电源；射极跟随器；高通滤波器；高速比较器；高速开关；针尖腐蚀结束时，电解电流突变为0，所述电解池的阴极电位骤然下降，并反应在所述射极跟随器的输出端，随后该电位变化通过所述射极跟随器输入到所述高通滤波器，所述高通滤波器将所述电解池的电位变化转化为负电压脉冲，所述负电压脉冲触发所述高速比较器的输出由低电平信号变为高电平信号，所述高速比较器处于正反馈状态且其输出锁定为所述高电平信号，所述高速比较器输出的高电平信号使得所述电解腐蚀电路的电子开关断开、所述高速开关导通，关断了所述电解池的供电。本申请实施例的针尖制备控制装置灵敏度更高且响应时间更短。

Tip preparation control device

【技术实现步骤摘要】
针尖制备控制装置
本申请总体上涉及纳米材料的表征
，更具体地，涉及一种针尖制备控制装置。
技术介绍
扫描隧道显微镜(STM)在纳米科技领域获得了广泛的应用，成为人类探索和操纵纳米尺度结构的重要工具之一。针尖是扫描隧道显微镜的重要组成之一，也是实现其功能的最重要的结构单元之一。一般而言，针尖尖端的曲率半径越小(即针尖越尖)，扫描隧道显微镜的空间分辨率越高。目前，人们专利技术了许多针尖制备方法，包括：机械剪切修饰，电化学腐蚀，离子打磨，场蒸发，电子束沉积，真空热处理等。其中，电化学腐蚀方法由于能够通过简易的操作高效的获取高质量针尖，而成为最主要的针尖制备手段。然而，相关技术中使用直流进行电化学腐蚀制备针尖中常因控制电路灵敏度低、响应时间长而导致曲率半径10nm以下的针尖制备成功率较低。
技术实现思路
针对上述技术问题和其他问题，本申请期望提供一种灵敏度更高且响应时间更短的针尖制备控制装置。根据一实施例，提供一种针尖制备控制装置，包括：电解腐蚀电路，包括电解池和电子开关；射极跟随器；高通滤波器；高速比较器；高速开关；针尖腐蚀结束时，电解电流突变为0，所述电解池的阴极电位骤然下降，并反应在所述射极跟随器的输出端，随后该电位变化通过所述射极跟随器输入到所述高通滤波器，所述高通滤波器将所述电解池的电位变化转化为负电压脉冲，所述负电压脉冲触发所述高速比较器的输出由低电平信号变为高电平信号，所述高速比较器处于正反馈状态且其输出锁定为所述高电平信号，所述高速比较器输出的高电平信号使得所述电解腐蚀电路的电子开关断开、所述高速开关导通，从而关断所述电解池的供电。在一些示例中，所述高速比较器包括比较器、二极管和第一电阻，所述比较器输出端与所述二极管阳极相连，所述二极管阴极与所述第一电阻一端相连，该第一电阻另一端与所述比较器同相输入端相连，反相输入端与高通滤波器输出端相连；所述比较器用于在所述高通滤波器输出的负电压脉冲的触发下输出由低电平变为高电平，所述二极管用于在所述比较器的输出由低电平信号变为高电平信号时拉高所述比较器同相端的电位以使得所述比较器处于正反馈状态；而当所述比较器输出由高电平到低电平时，使得所述比较器处于无反馈状态，以保证电路能够正常响应所述高通滤波器输出的负脉冲的信号。在一些示例中，在无负脉冲输入时，所述比较器输出低电平信号。在一些示例中，所述比较器的响应时间小于10ns。在一些示例中，所述电解腐蚀电路包括电子开关，所述电子开关在所述高速比较器输出的高电平信号的控制下导通，使得所述电解池短路，从而关断所述电解池的供电；所述电子开关在所述高速比较器输出的低电平信号的控制下断开，以使得所述电解池能够正常供电。在一些示例中，所述高速比较器的输入端连接具有按键的启动端子，所述按键被按下时所述启动端子将高速比较器同相端电位拉到地，使所述高速比较器输出所述低电平信号。在一些示例中，所述高通滤波器包括一电容和一电阻，所述电阻的一端接一高于地但低于所述高电平信号的电压。在一些示例中，所述高速开关包括高频三极管。在一些示例中，所述射极跟随器包括一PNP管和一电阻。在一些示例中，所述比较器同相端的参考电压与无脉冲进来时的反相端电压相近且略小于反相端电压。本申请实施例，既能够非常灵敏且准确地检测出基于直流电化学腐蚀来制备针尖时的直流电流突变，又能够快速响应关闭腐蚀电路，灵敏度更高，能够检测出10uA的电流突变。并且，本申请实施例能够准确地检测出突变发生的起始时间，这有利于缩短电路响应时间，拥有相关设计所不具备的超快的响应速度，能够实现10ns这样低的响应时间，从而可提高曲率半径10nm以下的针尖的制备成功率。本申请的上述和其他特征和优点将从下面对示例性实施例的描述而变得显而易见。附图说明通过结合附图对本申请的示例性实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。图1为根据本申请一示例性实施例的针尖制备控制装置的电路结构示意图。图2为根据本申请另一示例性实施例的针尖制备控制装置的性电路结构示意图。图3为根据本申请实施例的针尖制备控制装置检测脉冲时的电路结构示意图。图4为根据本申请实施例中针尖制备控制装置作为保护电路时的电路结构示意图。具体实施方式下面，将参考附图详细地描述本申请的示例性实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。如前文所述，直流电化学腐蚀方法由于能够通过简易的操作高效的获取高质量针尖，而成为最主要的针尖制备手段。以钨针尖制备为例，使用直流电化学腐蚀方法制备针尖的过程如下：将钨丝作为电解池的阳极插入电解液中，约有2mm长度保持在液面以下，通入直流电，钨丝由于失电子而被腐蚀。由于化学因素，空气和电解液交界处的钨丝要比液面以下的钨丝腐蚀的更快，所以当腐蚀一段时间之后，在液面处钨丝被腐蚀出一个细颈。随着腐蚀的继续进行，细颈越来越细，最终因承受不住下面钨坠的重力而被拉断，这一瞬间，会在断裂处形成一个具有超小曲率半径的针尖。这就是我们想要的针尖。然而，针尖虽在液面出形成，但主要部分仍然浸在溶液中，如果不立时关闭腐蚀电路，针尖将会因继续电解而被破坏掉。所以，应采取措施将腐蚀电路在针尖形成的瞬间将电源切断。实验表明，关闭的时间越短，制备的针尖越尖。也就是说，使用直流进行电化学腐蚀制备超小曲率半径针尖的关键，在于以下两个方面：1、能够准确度检测出针尖形成瞬间的腐蚀电流突变；2、能够在检测到电流突变的瞬间迅速切断腐蚀电路电源。相关技术中，使用直流进行电化学腐蚀制备针尖的装置无法满足上述两点要求，其响应时间最佳能够仅达到50ns。针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种针尖制备控制装置及其制备方法，与相关设计相比，本申请实施例既能够非常灵敏且准确地检测出基于直流电化学腐蚀来制备针尖时的直流电流突变，又能够快速响应关闭腐蚀电路，灵敏度更高，能够检测出10uA的电流突变。并且，本申请实施例能够准确地检测出突变发生的起始时间，这有利于缩短电路响应时间；该设计拥有相关设计所不具备的超快的响应速度，能够实现10ns这样低的响应时间。下面将对本申请实施例的针尖制备控制装置的示例性实现方式进行详细说明。图1示出了本申请实施例针尖制备控制装置的示例性电路结构。如图1所示，本申请实施例的针尖制备控制装置可以包括：电解腐蚀电路11、射极跟随器12、高通滤波器13、高速比较器14、高速开关15。本针尖制备控制装置通过上述电路结构，可以响应电解结束时腐蚀电流的突变来自动切断电解电源。本申请实施例针尖制备控制装置的控制环路为：电解池—射极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针尖制备控制装置，包括：/n电解腐蚀电路，包括电解池和电子开关；/n射极跟随器；/n高通滤波器；/n高速比较器；/n高速开关；/n针尖腐蚀结束时，电解电流突变为0，所述电解池的阴极电位骤然下降，并反应在所述射极跟随器的输出端，随后该电位变化通过所述射极跟随器输入到所述高通滤波器，所述高通滤波器将所述电解池的电位变化转化为负电压脉冲，所述负电压脉冲触发所述高速比较器的输出由低电平信号变为高电平信号，所述高速比较器处于正反馈状态且其输出锁定为所述高电平信号，所述高速比较器输出的高电平信号使得所述电解腐蚀电路的电子开关断开、所述高速开关导通，从而关断所述电解池的供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种针尖制备控制装置，包括：
电解腐蚀电路，包括电解池和电子开关；
射极跟随器；
高通滤波器；
高速比较器；
高速开关；
针尖腐蚀结束时，电解电流突变为0，所述电解池的阴极电位骤然下降，并反应在所述射极跟随器的输出端，随后该电位变化通过所述射极跟随器输入到所述高通滤波器，所述高通滤波器将所述电解池的电位变化转化为负电压脉冲，所述负电压脉冲触发所述高速比较器的输出由低电平信号变为高电平信号，所述高速比较器处于正反馈状态且其输出锁定为所述高电平信号，所述高速比较器输出的高电平信号使得所述电解腐蚀电路的电子开关断开、所述高速开关导通，从而关断所述电解池的供电。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高速比较器包括比较器、二极管和第一电阻，所述比较器输出端与所述二极管阳极相连，所述二极管阴极与所述第一电阻一端相连，该第一电阻另一端与所述比较器同相输入端相连，反相输入端与高通滤波器输出端相连；所述比较器用于在所述高通滤波器输出的负电压脉冲的触发下输出由低电平变为高电平，所述二极管用于在所述比较器的输出由低电平信号变为高电平信号时拉高所述比较器同相端的电位以使得所述比较器处于正反馈状态；而当所述比较器输出由高电平到低电平时，使得所述比较器处于无反馈状态，以保证电路能够正常响应所述高通滤波器输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱伟，郇庆，刘利，李更，高鸿钧，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11