描穿隧显微镜3在有外来电流的情况下也能将该 待测样品20的表面样貌清楚地描绘；但本发明该射频反射式扫描穿隧显微镜3的操作也可 先在没有外来电流的情况下先以该定电流扫描模式让该探针10靠近该待测样品20至一穿 隧效应发生的区域，再将该射频反射式扫描穿隧显微镜3更改为以该定射频扫描模式来运 作，此时的探针10的高度Z就不会因为该外来电流而有所影响，且能将该待测样品20的表 面样貌清楚地描绘。
[0100] 综上说明可知，本发明具有以下优点：
[0101] 1.本发明除了利用射频反射信号来量测探针10与待测样品20间的穿隧电阻Rt 效应，也具有量测射频反射信号的相位差以反应待测样品20表面的电抗效应的能力。
[0102] 2.通过该屏蔽壳体5的保护，使操作在该射频扫描模式下的该射频反射式扫描穿 隧显微镜3能不受该外部电子（流）场的外来电流影响，而能达到与该定电流扫描模式下 且无外部电子（流）场的干扰所取得的待测样品20表面形貌的同等的效果。
[0103] 3.将该优化单元89置于该反射信号补偿电路41前，如此可提升其信噪比，所以， 确实达到本发明的目的及功效。
[0104] 以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡 依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。
【主权项】
1. 一种射频反射式扫描穿隧显微镜，具有一个与一个待测样品间隔且相对设置的探 针，用于扫描该待测样品的表面样貌，其特征在于：并包含： 一个射频扫描共振电路，包括具有一个第一端及一第二端的一电感，以及与该电感的 该第一端并联的一个电容、一个电阻及一个穿隧电阻，其中该穿隧电阻形成于该待测样品 与该探针间； 一个方向耦合器，与该射频扫描共振电路的该电感的该第二端电耦接，且接收一个射 频信号，并将该射频信号输出至该射频扫描共振电路，且接收一个经由该射频扫描共振电 路反射传回的一个射频反射信号；及 一个射频信号测量系统，电连接该方向耦合器以接收该射频反射信号，并根据该射频 反射信号反馈控制该探针，以产生一个与该待测样品的表面样貌有关的扫描结果。2. 根据权利要求1所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频扫描共振 电路还包括一个与该电感的该第二端并联的辅助电容。3. 根据权利要求2所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频扫描共振 电路还包括一个与该电容串接并由一个第一外加电压控制，以调整该射频扫描共振电路的 一个共振频率的第一压控电容，以及一个与该辅助电容串接并由一个第二外加电压控制， 以决定该射频扫描共振电路的一个最终阻抗的第二压控电容。4. 根据权利要求2所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：还包含： 一个屏蔽壳体，将该探针和该射频扫描共振电路包覆于其中，以避免该射频反射信号 受一个外部电流（子）场干扰。5. 根据权利要求4所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该屏蔽壳体包 括： 一个缺口，邻近该探针，以供该探针的一端前端裸露。6. 根据权利要求5所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频信号测量 系统利用该射频反射信号反馈控制该探针，并使该射频反射信号的能量强度或相位维持一 定值的一个操作模式为一定射频扫描模式。7. 根据权利要求1至6其中任一所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：还 包括一个与一个射频信号源电耦接的1对2功率分配器，其将该射频信号一分为二，并经由 两个输出端分别输出至该方向耦合器及该射频信号测量系统，且该射频信号测量系统还包 括一个反射信号补偿电路，其将该1对2功率分配器输出的该射频信号适当放大并调整其 相位，并将该射频反射信号适当放大，使该射频信号与包含于该射频反射信号中的部分该 射频信号的振幅相同且相位相差180度，再将两者相加，以消除该射频反射信号中的该射 频信号成份。8. 根据权利要求7所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该反射信号补偿 电路包括一个放大该射频信号的第一可控增益放大器、一个放大该射频反射信号的第二可 控增益放大器、一个调整该射频信号的相位，使与该射频反射信号中的部分该射频信号具 有180度相位差的可调移相器，以及一个将该可调移相器输出的信号与该第二可控增益放 大器输出的信号相加的组合器。9. 根据权利要求8所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频信号测量 系统还包括一设在该射频补偿电路的该可调移相器与该组合器的一个输入端间的第一方 向耦合器、一个电连接该反射信号补偿电路的射频侦测单元，及一个电连接于该射频侦测 单元和该待测样品间的反馈控制单元， 该射频侦测单元接收由该第一方向耦合器耦合该可调移相器所输出的该射频信号和 该射频反射信号，并侦测该射频信号和该射频反射信号间的一相位差和该射频反射信号的 一个功率强度，以得到一个指示该功率强度的输出， 而该反馈控制单元根据来自该射频侦测单元的该指示该功率强度的输出或相位差来 调整该探针的1?度。10. 根据权利要求9所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频侦测单元 具有 一个射频功率放大器，接收来自该反射信号补偿电路的该组合器的输出，并加以放大 而成一个补偿放大信号， 一个第一带通滤波器，电连接该射频功率放大器以接收该补偿放大信号，且将该补偿 放大信号进行滤波以得到一个第一滤波信号， 一个1对2功率分配器，电连接该第一带通滤波器以接收该第一滤波信号，并将该第一 滤波信号分为一个第一分岐信号和一个第二分岐信号，该第一分岐信号和该第二分岐信号 相关于该射频反射信号， 一个射频功率侦测器，电连接该1对2功率分配器以侦测该第一分岐信号的该功率强 度，且提供一个指示该功率强度的输出， 一个第二带通滤波器，电连接该反射信号补偿电路以接收该第一方向耦合器耦合该可 调移相器所输出的该射频信号，且将该射频信号进行滤波以得到该第二滤波信号， 一相位差侦测器，电连接该1对2功率分配器和该第二带通滤波器以分别接收该第二 分岐信号和该第二滤波信号，用于侦测该第二分岐信号和该第二滤波信号间的该相位差， 且提供一个指示该相位差的输出，该第二滤波信号相关于该射频信号，及 一个显示回授电路，电连接该射频功率侦测器、该相位差侦测器，以接收来自该射频功 率侦测器的输出与接收来自该相位差侦测器的输出，并根据该指示该功率强度或相位的输 出描绘该待测样品的表面样貌并显示描绘结果。11. 根据权利要求10所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该射频侦测单 元还具有一个设置于该1对2功率分配器和该射频功率侦测器间的一个调频滤波电路，该 调频滤波电路具有 一个本地振荡器，产生一个本地振荡信号， 一个第一混波器，电连接该1对2功率分配器和该本地振荡器以接收该第一分岐信号 和该本地振荡信号而进行混波，并产生一个第一混波信号，及 一个第三带通滤波器，电连接该第一混波器以接收该第一混波信号，且将该第一混波 信号进行滤波以得到一第三混波信号，该第三混波信号相关于该第一分岐信号，并传送至 该射频功率侦测器。12. 根据权利要求9所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：还包含一个电连 接于于该方向耦合器、该1对2功率分配器和该射频信号补偿电路间的优化单元，该优化单 元包括 一个本地振荡器，产生一个本地振荡信号， 一个第二混波器，电连接于该方向耦合器和该本地振荡器以接收该射频反射信号和该 本地振荡信号而进行混波，并产生一个第二混波信号， 一个第一带通滤波器，电连接该第二混波器以接收该第二混波信号，并将该第二混波 信号进行滤波而产生一个第一混波滤波信号，并将该第一混波滤波信号传送至该第二可控 增益放大器， 一个第三混波器，电连接于该1对2功率分配器和该本地振荡器以接收该射频信号和 该本地振荡信号而进行混波，并产生一个第三混波信号，及 一个第二带通滤波器，电连接该第三混波器以接收该第三混波信号，并将该第三混波 信号进行滤波而产生一第二混波滤波信号，并将该第二混波滤波信号传送至该第一可控增 益放大器， 其中，该射频侦测单元具有 一个射频功率放大器，电连接该组合器以接收该组合器输出的信号，并加以放大而成 一个补偿放大信号， 一个1对2功率分配器，电连接该射频功率放大器以接收该补偿放大信号，并将该补偿 放大信号分为一个第一分岐信号和一个第二分岐信号，该第一分岐信号和该第二分岐信号 相关于该射频反射信号， 一个射频功率侦测器，电连接该1对2功率分配器以侦测该第一分岐信号的该功率强 度，且提供一个指示该功率强度的输出， 一个相位差侦测器，电连接该1对2功率分配器和该第一方向耦合器以接收该第二分 岐信号和该第一方向f禹合器输出的信号，用于侦测该第二分岐信号和该第一方向f禹合器输 出的信号间的该相位差，且提供一个指示该相位差的输出，该第一方向耦合器输出的信号 相关于该射频信号，及 一个显示回授电路，接收来自该射频功率侦测器的输出与 接收来自该相位差侦测器的输出，并根据该指示该功率强度或 相位值的输出描绘该待测样品的表面样貌并显示描绘结果。13. 根据权利要求9所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：还包括一个电 流-电压转换放大器，及一个与该方向耦合器和该射频扫描共振电路电耦接的Bias-T电 路，该方向耦合器输出的该射频信号经由该Bias-T电路输入该射频扫描共振电路，且该射 频扫描共振电路产生的该射频反射信号经由该Bias-T电路输出至该方向耦合器，并且该 射频扫描共振电路产生的一个穿隧电流经由该Bias-T电路输出至该电流-电压转换放大 器进行放大，并转换成一个输出电压后输入该反馈控制单元，使该反馈控制单元根据该输 出电压及该功率强度反馈控制该探针。14. 根据权利要求13所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该反馈控制单 元包括 一个第二反馈控制器，接收该输出电压以产生一个直流输出， 一个切换开关，受控制以选择来自该第二反馈控制器的该直流输出或来自该射频侦测 单元的该输出，做为一个输出，及 一个第一反馈控制器，接收该切换开关的输出以调整该探针的高度。15. 根据权利要求1所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该待测样品被施 加一偏压，且该探针接地，使得该探针足够接近该待测样品的表面时，于两者间形成穿隧效 应而产生该穿隧电阻。16.根据权利要求1所述的射频反射式扫描穿隧显微镜，其特征在于：该待测样品被接 地，且该射频扫描共振电路经由一个高频扼流线圈被施加一偏压，以阻挡输入该射频扫描 共振电路的该高频信号影响该偏压，且该电阻还串联一阻隔直流的阻隔电容，以阻挡该射 频扫描共振电路产生的一经过该射频扫描共振电路的电阻的直流电流。
【专利摘要】一种射频反射式扫描穿隧显微镜，具有一个与一个待测样品间隔且相对设置的探针，用于扫描该待测样品的表面样貌，并包含：一个射频扫描共振电路，其包括一个电感以及与电感的一端并联的一个电容、一个电阻及一个穿隧电阻，其中该穿隧电阻形成于待测样品与探针间，一个与该电感的另一端电耦接的方向耦合器，一个产生一个射频信号并经由该方向耦合器输出至该射频扫描共振电路的射频信号源，以及一个射频信号测量系统，其接收该射频扫描共振电路经由该方向耦合器传来的一个射频反射信号，以根据该射频反射信号反馈控制该探针，并产生一个与该待测样品的表面样貌有关的扫描结果。
【IPC分类】G01Q60/10
【公开号】CN105301287
【申请号】CN201410538330
【发明人】白伟武, 黎焕欣, 陈怡然, 赵彦铮
【申请人】白伟武
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年10月13日