Mise au point d'un microscope à effet tunnel

HAL Id: jpa-00246020

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Mise au point d’un microscope à effet tunnel

A. Brenac, M. Rebouillat, L. Porte

To cite this version:

Mise

au

point

d’un

microscope

à effet

tunnel

A. Brenac

_(*),

M. Rebouillat et L. Porte

Institut de

_Physique

Nucléaire

_{(et In2P3)}

de

_Lyon,

43, bd du 11 Novembre 1918,

69622 Villeurbanne

_Cedex,

France

(Reçu

le 26 mai 1988, révisé le 3 octobre 1988,

accepté

le 3 octobre

₁₉₈₈₎

Résumé. 2014 La

conception

et la réalisation d’un

_microscope

à effet tunnel sont

_{présentées.}

On discute de la

partie

mécanique

et de la

façon

de réaliser l’isolation vis-à-vis des vibrations. Le comportement de la boucle d’asservissement

_qui

contrôle la distance

_{pointe-échantillon}

est

_analysée

en détail. Les effets

_parasites

dus aux

perturbations électriques

sont

_{également pris}

en _compte. Les

possibilités

de ce

_microscope

sont démontrées

avec

_{quelques images}

du

_graphite

et de métaux réalisées à l’air. Abstract. 2014 We

report on the

_design

and realization of a

_{scanning tunneling microscope.}

The mechanical

structure and the way the

problem

of vibration isolation is resolved are discussed. The behaviour of the

feedback

_{loop controlling}

the

_tip

to

_sample

distance is

analysed

in detail,

including

parasitic

effects

_by

electrical

perturbations.

The

_performance

of this

_microscope

is shown for

_graphite

and metals

_imaged

at

_atmospheric

pressure. Classification

Physics

Abstracts 07.80 - 68.20

1. Introduction.

Le

_microscope

à effet tunnel

_développé

_par

_{Binnig et}

al.

_[1-3]

est _apparu au cours de ces dernières années

comme un nouvel outil très

_{puissant d’analyse}

des

surfaces. Il

permet

d’observer,

dans

_l’espace

direct

et avec la résolution

_atomique,

les détails de la densité de la

_{charge électronique}

au

_voisinage

de la

surface d’un solide

_(d’un

_point

de vue

_quantique,

la

probabilité

de

_présence

d’un électron d’un solide n’est pas nulle en dehors de celui-ci pour une

distance

_qui

_peut

atteindre

_quelques

_angstrôms).

Pour autant _{que la} densité de

_charge

_{électronique}

est

corrélée à la

_position

des atomes, on

_peut

_{dire que}

l’on « voit » ces derniers. La

_{spectroscopie}

_par effet

tunnel

permet

en outre d’identifier les différents

états

_{d’énergie électronique}

_{[4, 5]}

et de dresser leur

«

cartographie »

à la surface d’un solide

[6, 7].

Les

difficultés à surmonter _{pour réaliser} cette

_expérience

sont d’abord liées à la

_petitesse

des dimensions à contrôler. Le

_microscope

à effet tunnel

_ayant

_pour

objectif

de

_pouvoir

reconnaître les atomes de

sur-face,

une résolution de l’ordre du dizième

d’angs-(*)

Adresse actuelle : _{DLETI-SESA, CENG,} BP 85X,

38049 Grenoble Cedex, France.

trôm normalement à la

_surface,

et de

_{l’angstrôm}

parallèlement

à la

surface,

est nécessaire. Cette

condition est à obtenir en

_présence

de divers effets

parasites (vibrations

des

_bâtiments,

bruits acousti-ques et

_{électromagnétiques,}

dérives

_thermiques,

hystérésis

des transducteurs

_{piézoélectriques, etc...)}

à

_prendre

en

_compte

lors de la

_conception

et de la réalisation d’un tel

_appareil

_[8].

_{L’instrument que}

nous avons construit est de la veine du

_microscope

«

pocket-size »

de Gerber et al.

[9].

Nous avons

toutefois conservé des

_premiers

modèles conçus par

l’équipe

d’IBM-Zurich

_[10]

le

_principe

d’un

_étage

de

suspension

par ressorts,

_système

efficace _pour

l’atté-nuation des vibrations de basse

_fréquence

_(vibrations

des bâtiments _par

_exemple).

Le

_plan

de cet article est comme _{suit : le}

paragra-phe

2

_rappelle

brièvement le

_principe

de

_{l’expérience}

de

_microscopie

à effet

tunnel ;

le

_paragraphe

3

présente

les

_{spécifications}

de

_l’appareil

et sa

réalisa-tion,

le

_principal

_objectif

étant de mettre en relief les

difficultés rencontrées et la manière de les

aborder ;

dans le

_paragraphe

_4,

_enfin,

on montre comme

illustration du fonctionnement de notre

_appareil,

quelques images

obtenues à l’air : à faible résolution

sur des métaux

_(ordre

du

_nanomètre)

et à la résolution

_atomique

sur le

_graphite.

2.

_Principe

du

_microscope

à effet tunnel.

Lorsqu’un

métal

_{(par exemple)}

est limité dans

l’espace

par une

_surface,

les électrons sont confinés du fait de leurs interactions avec le réseau. Ils sont

donc en

_présence,

à la

surface,

d’une barrière de

largeur

infinie et dont la hauteur est de

_quelques

électrons-volts

_(pour

les électrons du niveau de

Fermi,

c’est le travail de sortie

_0).

Leurs fonctions

d’onde s’étendent à l’extérieur du métal sur une

certaine

_longueur,

dont l’inverse K vaut, pour les électrons du niveau de Fermi :

de l’ordre de

_{l’angstrôm.}

Si deux électrodes

_métalliques

_planes

sont

_placées

en face l’une de

_l’autre,

à une distance de l’ordre de

1/K,

les fonctions d’onde des électrons de

_chaque

métal ne sont _{pas nulles dans l’autre}

_métal,

et il

apparaît

une

_probabilité

de transition de l’un à l’autre. Dans ces

_conditions,

_{lorsqu’on applique}

une tension

_{Vt (même}

faible devant

_cp)

entre les deux électrodes un courant

_It

_passe,

_{quoiqu’il n’y}

_{ait pas} contact : les électrons

_passent

à travers la barrière

(de

largeur

et de hauteur finie cette

_fois)

_{par effet}

tunnel. Pour deux surfaces

_planes,

dans un modèle

simple

d’électrons

_libres,

on a

_{lorsque Vt}

est

_petit

devant 0

[11] :

où

f

est la distance entre les deux

électrodes,

et où K

est calculé à

_partir

_{d’un 0}

_moyen.

Si l’une des électrodes est une

_pointe,

et _que l’on

parvienne

à ce _que seuls

_quelques

atomes de celle-ci soient à faible distance de l’autre électrode

(échantil-lon),

l’effet tunnel est limité

_spatialement

à une

région

de dimensions

_{atomiques [12].}

Le

déplace-ment latéral de la

_pointe

à la surface de l’échantillon

permet

d’étudier les variations

_spatiales

des

caracté-ristiques

de la barrière avec une résolution

_atomique.

Le

_microscope

à effet tunnel résulte donc de

l’association d’une barrière de

_potentiel

de

dimen-sion suffisamment faible _{pour que les} électrons la

traversent _par effet

tunnel,

et du

_balayage

d’une sonde de dimensions

_{atomiques (la pointe),}

ce dont

résulte une fonction «

_microscope

».

3. Réalisation de

_{l’expérience.}

3.1 SPÉCIFICATIONS. - La réalisation d’une

expé-rience de

_microscopie

à effet tunnel suppose la maîtrise des

_opérations

suivantes :

fabrication d’une

_pointe

de faible _{rayon de}

cour-bure,

stable

_physiquement

et

_{chimiquement ;}

approche

de la

_pointe

_jusqu’à

ce _que sa distance à

l’échantillon

_permette

le _{passage du} courant tunnel.

Cela

_implique

un

_système

de

_{déplacement grossier}

(d’une

résolution de 1000

Â

environ sur une

_plage

de

_quelques

_mm)

et un

_système

de

_déplacement

fin

(précis

à

_{l’angstrôm près}

sur une

_plage

de 1 03BCm

environ) ;

stabilisation de la distance

_{pointe-échantillon}

_(ou,

ce

_qui

revient

pratiquement

au

_même,

du courant

tunnel).

Il faut donc isoler le

_microscope

des vibra-tions

_mécaniques

de

l’environnement,

qui

peuvent

perturber

la

distance,

du

_rayonnement

électro-magnétique

qui

perturbe

la mesure du courant

tunnel,

et des «

perturbations » thermiques qui

peu-vent _provoquer des dérives

_importantes

sur la

dis-tance. La

_régulation

du courant

_tunnel,

_{réalisée par}

une boucle d’asservissement

_(qui

_pilote

le

déplace-ment fin de la

_pointe

_par

_rapport

à

_{l’échantillon)}

permet

de compenser les dérives

_{résiduelles ;}

balayage

de la

_pointe

devant l’échantillon. Cela

implique

une commande de

_balayage,

et une boucle

d’asservissement

_qui

maintienne constante la

dis-tance

_{pointe-échantillon,}

via le courant

_tunnel,

lors du

_balayage

_(en

_enregistrant

alors la

_position

z de la

pointe

en fonction des coordonnées

_{(x, y)}

de sa

projection

sur la

surface,

on obtient une

_image

de

cette

_dernière).

Nous décrivons dans le

_paragraphe

_suivant,

le

microscope

que nous avons

_réalisé,

en mettant

l’accent sur les _{difficultés rencontrées pour}

_remplir

les

_{spécifications}

définies ici.

3.2 RÉALISATION. - Le

microscope

que nous avons mis au

_point

est

_inspiré

du modèle «

pocket-size » de

_l’équipe

IBM-Zurich

_[9].

Un schéma fonc-tionnel de ce

_type

_d’appareil

est

_présenté

sur la

figure

1 : le

_microscope

_(a),

_comprenant

l’échantil-lon

_(a1),

la

_pointe

_{(a2 ),}

le

_système

de

_déplacement

fin et de

_balayage

_(a3),

le

_système

_d’approche

grossière (a4),

est isolé des vibrations

_mécaniques

du bâti _par un

_système

anti-vibrations

(b)

_comprenant

un filtre

_passe-bas

à ressorts

_(bd)

et un filtre à

empilement

de

_plaques

acier et de

_joints

viton

(b2).

Le

_{dispositif électronique (c)}

est relié au

microscope

par des fils très

fins ;

il

comprend

la

boucle de mesure du courant et d’asservissement de la

_position

de la

_pointe

_(c1),

la commande de

balayage

(c2),

une table

traçante

(c3),

et la commande du

_{dispositif d’approche grossière.}

La

_pointe

est bien sûr un élément clé

_{puisqu’elle}

détermine la résolution limite du

_microscope.

Les

études de caractérisation des

_pointes

sont encore rares

[13, 14]

et le

_problème

de l’élaboration de

pointes reproductibles

et bien caractérisées reste entier. La méthode de fabrication la

_{plus répandue}

utilise

_l’attaque

_{électrochimique}

d’un fil de

_tungstène

en solution de

_potasse

concentré

(2

à 5

N),

avec

quelques

variantes de recette _{d’un groupe à l’autre.}

Celle _que nous utilisons

_s’inspire

de la méthode

Fig.

1. -

Représentation schématique

du

_microscope

à effet tunnel.

_a)

_{Microscope :}

_{al échantillon, a2}

_pointe,

a3

tripode

asservissement/balayage

de la

pointe,

a4

approche grossière.

b)

Isolation

_{mécanique : b,}

filtre à ressorts,

b2

filtre acier-viton.

_{c) Electronique d’acquisition :}

_{cl asservissement de}

_position,

_{C2 commande de}

_balayage,

c3 table traçante.

[Schematic

representation

of the

_{scanning tunneling microscope.}

_a)

_{Microscope :}

_ai

_sample,

_a2

_tip,

_a3

_{piezodrives tripod,}

a4

rough

approach. b)

Mechanical filters :

bl spring suspension,

b2

steel-viton filter.

c)

Electronics : cl

feedback-loop

of the

_tip-surface

distance,

C2 X Y

scanning

controls, c3

recording].

couramment des

_pointes

de

_tungstène

_{dont le rayon} de courbure va de un à

_quelques

microns. A

_l’usage,

les

_pointes

ainsi

_fabriquées

sont _{pour la}

_plupart

capables

de

réaliser,

à

_l’air,

des

_images

de

_graphite

HOPG,

avec la résolution

atomique (cf.

paragra-phe

4).

Nous abordons successivement dans la suite le

_dispositif

mécanique

et le

_{dispositif électronique.}

3.2.1

_Dispositif

_mécanique.

- Dans

ce

_paragraphe

sont traités les

_points

suivants : en ce

_qui

concerne le

microscope

lui-même,

l’approche

fine et

_l’approche

grossière ;

en ce

_qui

concerne l’isolation des

vibra-tions,

le

_système

de

_suspension

à ressorts,

l’empile-ment de

_plaques

d’acier et de

_joints

_viton,

et les

prises

de contacts

_électriques

du

_microscope.

Approche

fine. - Le contrôle fin de la

position

de la

_pointe

dans les trois directions de

_l’espace

est

assuré ici par un trièdre

_(a3)

_composé

de trois barres en

_{céramique piézoélectrique (Quartz}

et

_Silice,

Pl-60).

Les dimensions des barres sont en millimètres :

30 x 3 x 3

_{pour X et}

Y et 35 x 3 x 3 _{pour Z}

_(axe

perpendiculaire

à

_{l’échantillon).}

L’axe de

polarisa-tion et les faces métallisées sont

_{représentés}

sur la

figure

1. La tension de

_claquage

des

_céramiques

est

de 2 400

V,

mais nous nous sommes limités à une

tension ± _{500 V pour} des raisons d’isolement et de fabrication de

_{l’amplificateur}

haute tension. Il en

résulte une excursion maximale de ±

_0,75

_03BCm en X

et Y et de ± 1 03BCm en Z. Les

_fréquences

de résonance des barres sont de l’ordre de 50 kHz. La

_fréquence

de résonance la

_plus

_{basse pour le trièdre monté}

avec le

_porte-pointe

est de 2 kHz

_environ,

_{pour les} modes de vibrations selon l’axe Z

_qui

sont les

_plus

gênants

puisqu’ils

provoquent

une variation de la

distance

_{pointe-échantillon.}

La courbe de la

_figure

2

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE. - T. 24, N° 1, JANVIER 1989

représente justement

la fonction de transfert

(dia-gramme de

Bode) :

tension

appliquée

sur le

piézo-électrique

Z - vibrations de la

_pointe

mesurées

sui-vant l’axe

Z,

la mesure des vibrations étant effectuée

grâce

à une cellule de lecture

_magnétique

du

commerce de 45 kHz de bande

_passante.

Il faut

noter _que le

_{piézoélectrique}

Z est

_contraint,

ce

_qui

augmente

la raideur du

trièdre,

et donc les

fréquen-ces de résonance. Il est _{essentiel que les}

_fréquences

de résonance du trièdre soient situées au-dessus de la

_fréquence

des

_signaux

tunnel résultant de la

corrugation

de

_{l’échantillon ;}

sinon elles sont excitées

et viennent

_perturber

ces

_signaux.

Enfin les

cérami-ques

piézoélectriques,

après

avoir été soumises à des variations de tension

_importantes

_(comme

c’est

Fig.

2. -

Réponse

suivant l’axe Z du trièdre

piézoélectri-que, pour une excitation sinusoïdale de la

_céramique

z.

[Z-response

of the

_{piezoelectric tripod}

to a sinusoidal excitation on the z

_{piezoelectric}

_element].

pendant

l’approche),

sont

_sujettes

à des

_phénomènes

de relaxation

_(dus

au

_{réarrangement}

des

_domaines),

qui

se traduisent _par une dérive au cours du

_temps.

Il faut donc

_attendre,

une fois les conditions « tunnel »

établies,

la stabilisation du trièdre avant de faire

l’expérience

(typiquement

cela demande environ 15 à 30

_min).

Approche

grossière.

- Ce

dispositif

d’approche

(a4

doit

_permettre

un

_déplacement

de l’échantillon sur

_quelques

millimètres. Le

dispositif

_que nous utilisons est du

_type

« Louse _»,

_proche

de celui que

Binnig

et Rohrer

_[1]

ont mis au

_point.

Son

_principe

de _{fonctionnement repose} sur une

_séquence

de

blocage-déblocage

de trois

_pieds

fixés sur un _corps

piézoélectrique

et _{d’extension-contraction du corps}

piézoélectrique,

l’échantillon étant solidaire d’une

plaque

posée

sur les

_pieds.

Les pas

_qui

résultent de

cette

_séquence

doivent avoir une

_longueur

inférieure à l’excursion totale du

_{piézoélectrique}

Z du trièdre.

Dans la réalisation _que nous en avons

_faite,

le « Louse »

_peut

faire des pas d’une

_longueur

de

100

A

à 2 000

_A,

selon la tension

_appliquée

au _corps

piézoélectrique.

Les

_pieds

sont

_{posés sur}

un

_support

en acier

_{inoxydable poli,}

_par l’intermédiaire de

plaques

en

_{SrTi03 (épaisseur}

_1,5

_mm).

Le

_blocage

des

_pieds

est obtenu

_grâce

à la force

_{électrostatique}

qui

agit

sur eux

_lorsqu’on

leur

_applique

une tension par

rapport

au

_support.

Cette tension est de + 500 V environ. Nous avons constaté _que le

dépla-cement du « Louse » était réalisable sur une surface

simplement

finie au

_papier

carbure de silicium 800

comme sur le

_support

_{poli (pâte}

d’alumine 3

_03BC)

_que nous avions

_prévu,

mais _{que par} contre il était très

sensible au mode de fixation de la

_plaque

porte-échantillon sur les

_{pieds :}

une

_plaque

_{trop raide,}

et

trop

rigidement

fixée

_gêne

l’extension _{du corps}

piézoélectrique,

et donc le

_déplacement

du

« Louse ».

L’avantage

du « Louse » réside dans la

possibilité

de se

_déplacer

dans toutes les directions

sur le

_support,

son inconvénient est le caractère

aléatoire de la

_longueur

des _pas, et la

non-reproduc-tibilité des

_{déplacements qui}

en résulte. La méthode

d’approche

consiste en une succession de

déplace-ments du « Louse _», alternés avec le

_déplacement

de

la

_pointe

_par le

_{piézoélectrique}

Z,

qui

vient « _{voir »,}

à

_{chaque étape,}

si le courant tunnel

_peut

être

_capté.

Isolation des vibrations : le

_système

de

_suspension

(bl ).

- Le

trièdre

et le

«

Louse

»

étaient,

dans l’une

des versions

_présentées

_par

_Binnig

et Rohrer

_[10],

suspendus

par une double cage à ressorts _{pour les} isoler des vibrations. Nous avons conservé l’idée

d’une

_suspension

à ressorts

_(à

un seul

_étage),

car elle

permet

une bonne isolation des vibrations de basse

fréquence (10-100 Hz)

qui proviennent

des

bâti-ments. Le

_microscope

est donc

_porté

_par une

_plaque

suspendue

au _{bâti par} trois ressorts. Si M est la masse de l’ensemble

_{plaque plus microscope}

et k la

raideur d’un ressort

_équivalent

aux trois ressorts en

parallèle,

la

_fréquence

de résonance

_principale

de

l’ensemble est

_{f o}

=

(1/2 ir)

_x

(k/M)1/2.

L’allonge-ment des ressorts _{étant donné par}

At

=

Mg/k

(g ~ 9,81 ms-2)

il en découle :

_{fo -}

0,5(âi)-1/2.

Dans le

_montage

utilisé

_{l’allongement}

des ressorts

est de

_0,17

m et la

_fréquence

de résonance est donc

fo -

1,25

Hz. La

_suspension

se

_comporte

_[16]

en

première

approximation

comme un filtre

_passe-bas

du deuxième ordre

_(résonance

à

_fo)

de

_fréquence

de coupure à 3 dB :

fc

= 1,55

fo,

soit ici

1,9

Hz. Pour

un

_système

_peu amorti l’atténuation suit à peu

près

une loi en

(f0/f)2

_pour

_{f > fc,}

soit environ

103

à 40 Hz. Il reste _que lors de la mise en station de

l’appareil,

on excite nécessairement la

_fréquence

de résonance

_{f o}

et

_qu’il

faut l’amortir. L’amortissement propre des ressorts étant faible il

_peut

être nécessaire de

_prévoir

un amortissement

supplémentaire

en cas

de travail sous vide. En fonctionnement à

l’air,

on

constate un coefficient

d’amortissement C -

5 x

io- 1

_{qui correspond}

à une atténuation d’un facteur

103

en 220 oscillations

_(facteur

de

_qualité

de

_100),

soit environ 3 min. Cela est

_{suffisant, compte}

tenu

du

_temps

_pris

_par

la

_{procédure d’approche.}

Une fois

mis en

station,

la

fréquence

de résonance est

suffi-samment _{basse pour} être _{peu excitée par les}

vibra-tions ambiantes

_{(10-100 Hz).}

La solution consistant

à diminuer le facteur de

_qualité

_(équivalent

à

augmenter 0

n’est pas souhaitable car l’atténuation

se

_rapproche

alors d’une loi en

f o/ f

au lieu de

(f0/f)2.

Un dernier

_point

concerne les vibrations

propres des ressorts, en

_particulier

les vibrations de

compression

(longitudinales) qui

sont

_probablement

plus

excitées que les vibrations transversales : la vitesse de

_propagation

des ondes de

_compression

est donnée par v

= ~(k/m)1/2

où m est la masse du

ressort ; le

_premier

mode de vibration d’un ressort

tendu entre deux

_{points correspond}

à

_03BB/2

=

v/2

f, =

f,

soit

_{f i}

=

0,5

(klm )1/2.

Le

rapport

f1/ fo

vaut 17"

( MI m )1/2.

Dans notre cas la masse des trois

ressorts est 9 x

10-3

_kg

et M vaut

_1,5

_kg,

ce

_qui

donne

_{f1/f0 ~}

40 soit

_{f1 ~}

50 Hz. Cette

_fréquence

peut

être extrêmement

_gênante,

et il faut donc

l’amortir. C’est

_pourquoi

les deux extrémités des

ressorts sont fixées en

_interposant

des

joints

viton

qui

atténuent les vibrations.

_{L’épaisseur}

du

_joint

est

d’environ 2 mm, ce

_qui

autorise un écrasement de

0,5

mm avec un bon coefficient d’amortissement. La

fréquence

de coupure de ce filtre est, _pour un

écrasement de

0,5

mm, environ 20

Hz,

ce

_qui

_permet

d’éliminer les

_fréquences

de résonance des ressorts.

Cet écrasement

_correspond

à une estimation et ne

préjuge

pas de la

fréquence

de coupure réelle de ce

filtre.

_Cependant

nous _{n’avons pas constaté}

expéri-mentalement de résonances

_gênantes

dans la _gamme

20-50 Hz. Ceci

_implique

soit la

_présence

d’un filtre

Isolation des vibrations :

_{l’empilement}

des

_plaques

d’acier et de

_joints

viton

_(b2).

- Dans la version «

pocket-size »

du

microscope

à effet tunnel

[9],

la

suppression

des vibrations est assurée exclusivement

par un

_empilement

de

_cinq

_plaques

d’inox

₍₇₀

x

90

_mm2)

_séparées

entre

_elles,

et

_séparées

du

_support,

par

cinq

ensembles de

joints

viton. Dans ce

_montage

les

_fréquences

de résonance des

_plaques

se situent

aux alentours de 15-20 kHz. Il semble que ce

disposi-tif soit suffisant _pour la réalisation des

_expériences

de

_microscopie

par effet tunnel. L’écrasement des

joints

est relativement faible du fait de la faible

pression qu’exerce

le

_microscope

sur ces

_joints,

et

par

conséquent

la

_fréquence

de résonance est

proba-blement assez _{élevée : pour} un écrasement de

0,1

mm _par

_joint,

celle-ci vaut 50 Hz. Pour un

système

du deuxième ordre très amorti

_(cas

du

viton)

l’atténuation en fonction de la

_fréquence

est

en

10/1, et

_{pour un}

_empilement

de 5 filtres

l’atténua-tion est forte

_(loi

en

(f0/f)5).

Il est _{clair que}

l’avantage

primordial

de ce

_dispositif

est

_qu’il

_permet

d’isoler fortement le

_microscope

des

_{fréquences qui}

pourraient

exciter ses modes de résonance _propres situés vers 2 000 Hz. De

plus,

la

petite

taille de ce

dispositif

permet

justement

d’avoir un

_microscope

de faibles

dimensions,

ce

_qui

contribue à

_augmenter

sa

_fréquence

_{propre de} résonance. En revanche un tel

_dispositif

ne

_permet

_pas une atténuation

_optimum

des vibrations de basse

_{fréquence qui}

_peuvent

pertur-ber

_{l’expérience}

dans la mesure où la

_fréquence

du

signal

Z

_{(distance pointe-échantillon)}

est

_justement

assez faible. C’est

_pourquoi

nous considérons que la

suspension

à ressorts et

_{l’empilement}

de

_joints

ont

des rôles

_{complémentaires}

_pour l’atténuation des vibrations.

Les

_prises

de contact

_électrique.

-

Le

_problème

des contacts

_électriques

sur les di.vers éléments du

microscope

est

_important

dans la mesure où les fils

métalliques

constituent autant de « courts-circuits »

éventuels

_(au

sens

_mécanique)

_{pour le}

_système

d’isolation des vibrations. De

_plus

ces

_fils,

au niveau

du

_microscope

lui-même,

peuvent

introduire des modes de vibration _propres

_gênants.

Pour éviter de

court-circuiter le

_système

de

_suspension,

tous les fils de contact,

provenant

du

bâti,

sont fixés

_souplement

sur la

_plaque

_supportant

le

microscope.

Ces fils sont

fins

₍₀

_0,05

_mm)

et non

_tendus

bien

sûr. Pour éviter de court-circuiter le

_système

acier-viton,

ils

sont ensuite

_passés

dans des

_{petits joints}

viton

insérés dans des encoches réalisées au niveau des

plaques

d’acier,

toujours

au diamètre

0

0,05,

et non

tendus. Grâce à cette

_procédure,

les contacts

n’apportent

pas de vibrations au niveau du

micro-scope. En ce

_qui

concerne le

_microscope,

les fils de

contact doivent

_{principalement}

induire le moins

possible

de _{vibrations propres. A}

_priori

il semble

donc nécessaire d’utiliser des fils

_{rigides (courts}

et de fort

_diamètre).

C’est ce _que nous avons fait pour le

contact sur la

_pointe

du

_microscope

(~

_0,5

mm,

~ 10

_mm)

conformément à une _{remarque faite par} de

nombreux

_{expérimentateurs :}

un fil

_trop

_souple

à ce niveau introduit un mode de vibration de la

_pointe

à basse

_fréquence

₍₁₀₀

Hz à

_{1000 Hz) qui}

est très

gênante

pour les mesures, tandis

qu’un

fil

trop

rigide

entraverait le fonctionnement du trièdre. En

revan-che _{il n’est pas}

_possible

d’utiliser des fils

_rigides

_pour

les contacts sur le « Louse »

(les

trois

pieds

et les

deux faces du

_corps).

En effet les forces électrostati-ques de

blocage

des

pieds

sont faibles

(inférieures

au

Newton)

et des fils

_{rigides (ou tendus) empêchent}

le

mouvement du « Louse ». Nous avons donc utilisé

des fils fins

_(~

0,05

mm).

Du fait de leur faible masse leurs vibrations sont de faible

_énergie

et donc peu

gênantes.

Afin de

_parachever

au mieux l’isolation du micro-scope, celui-ci est enfermé dans une boîte en

polysty-rène

_(épaisseur

15

_{cm) tapissée}

à l’intérieur avec une

feuille d’aluminium

_{(écran électro-magnétique).}

La base de la boîte est recouverte

_de

_briques

de

_plomb

(épaisseur

5

_cm)

et l’ensemble _repose sur une caisse en bois

_aggloméré.

En conclusion de ce

_paragraphe,

il faut noter

l’importance

de

_l’analyse

et de la

_conception

du

système

d’isolation des vibrations. En effet celles-ci

se _{traduisent par} des

_{signaux électriques}

au niveau

du courant

_tunnel,

_{puisqu’elles}

font varier la distance

pointe-échantillon.

Selon leur

_fréquence,

ces

_signaux

électriques

peuvent

être

_{interprétés}

_{par le}

_système

électronique

comme de l’information sur la surface étudiée. Il faut bien sûr limiter ce « bruit » au

maximum. D’autre

_part,

il existe des dérives de la

distance,

d’origine thermique,

ou

_qui

sont dues à la relaxation des contraintes dans les

_céramiques

pié-zoélectriques,

et

_qui

ne

_peuvent

_pas être

_supprimées

par le

système

d’isolation. D’où la nécessité d’un

dispositif

actif de

_régulation

de cette distance : c’est le

_dispositif

_{électronique qui}

_permet

entre autres de

compenser ces

dérives,

et _que nous

_présentons

ci-dessous.

3.2.2

_{Dispositif électronique.}

3.2.2.1

_{Principe. - L’objectif}

_poursuivi

est

mainte-nant, dans un

_système

isolé des

vibrations,

d’assurer

par des moyens

électroniques

la stabilisation de la distance

_{pointe-échantillon}

_{(Fig. 1, cl).}

Ainsi le

balayage

de la

_pointe

devant ce dernier

(c2),

réalisé

à une vitesse _{telle que la}

_pointe

« ait le

_{temps »}

de

suivre la

_corrugation

de la

_surface,

_permet,

_par

l’enregistrement

de sa

_position

_(c3),

d’obtenir une

image

(translatée)

de la surface en

_question.

La

stabilisation est effectuée

_grâce

à une boucle de

régulation

de la distance

_(ou,

en d’autres termes, une boucle

d’asservissement

de la

_position).

Pour

aborder les difficultés liées à la réalisation de cette

effets « indésirables » tels que les

_capacités

parasites,

nous utilisons un modèle

_simplifié

au maximum pour

la

_description

des

_{phénomènes physiques.}

L’expression

du courant

_tunnel,

_{pour deux}

surfa-ces

_planes,

dans un modèle d’électrons libres et _pour

les tensions tunnel faibles devant le travail de

sortie,

est _{donnée par}

_{l’expression}

suivante

_{[11] :}

où

_Vt

est la tension tunnel

_appliquée

entre les deux

électrodes, S

l’aire des surfaces en

_regard,

D la

distance

_qui

les

_sépare

_{et 0}

_{la hauteur moyenne de la}

barrière.

Lors des mesures la tension tunnel est constante,

positive

ou

_négative.

On _{pose :}

La seule variable dont on

_dispose

_{pour la} mesure

est le courant tunnel. Comme la variable

_qu’on

veut

réguler

est la

_distance,

il est souhaitable d’obtenir

une relation

_simplifiée

entre ces variables. La

dépen-dance

_{exponentielle}

est _{dominante pour les}

varia-tions d de D autour d’une _{distance moyenne}

Do ;

c’est

_pourquoi

il est habituel d’utiliser le

loga-rithme du courant. On

_néglige

donc dans le modèle la variation de

_1/D

et on obtient :

En introduisant un courant _moyen

_It0

_{(positif) :}

on obtient :

Dans un

_système

d’unités où d est mesuré en

Â

et

~

en

_{eV, k}

vaut

_1,025

~.

Le facteur

_{multiplicatif}

vaut

_0,445

soit

environ 1

_{pour 0}

= 5 eV. Ainsi

les variations du

_logarithme

du courant sont-elles

proportionnelles

aux variations de la distance

poin-te-échantillon. Pour réaliser la

_régulation

de la distance

_{pointe-échantillon,}

on utilise donc un circuit

logarithmique

qui

permet

d’accéder aux variations

de distance. Il est clair

_cependant

_que d’une

_part

cette mesure n’est valable

_{qu’au premier}

_ordre,

et

que d’autre

part

les variations du travail de sortie lors du

_balayage

constituent une

_perturbation

de la

mesure. La boucle de

_régulation

que nous avons réalisée est

_présentée

dans le

_paragraphe

suivant

puis

le fonctionnement de la boucle

_pendant

le

balayage

est

_abordé,

et enfin les effets

_parasites

sont

étudiés.

3.2.2.2 Boucle de

_régulation.

- Le

dispositif

per-mettant de

_réguler

la distance

_{pointe-échantillon}

est

constitué des

éréments

suivants

_{(Fig. 3) :}

les circuits de mesure

_{logarithmique}

du courant tunnel et de

comparaison

avec une

_consigne

en courant ; le

circuit de correction des écarts à la

_{consigne ;}

le

circuit de commande des

_{déplacements}

de la

_pointe,

comprenant

en

_particulier

le transducteur

piézoélec-trique ;

en outre un circuit sommateur situé entre le circuit de correction et le circuit de commande

permet

de

_déplacer

la

_pointe

_{pendant l’approche}

(tant

que la boucle n’est pas fermée par le courant

tunnel).

Afin que la fonction de transfert de la boucle soit la

_{plus simple}

_possible,

le seul circuit dont la bande

passante

soit limitée notablement est le circuit de correction. La bande

passante

des autres circuits est

la

_{plus large possible,}

donc dans une

_première

approche

ils n’interviennent dans la fonction de transfert de la boucle que par leur

gain

à

_fréquence

nulle. Le seul élément dont on

_prend

en

_compte

le

comportement

en

_fréquence

est le correcteur. Ces différents circuits sont

_présentés

ci-dessous

_{(Fig. 3).}

Les circuits de mesure du courant tunnel et de

comparaison

avec une

_consigne.

- Les valeurs du

courant tunnel lors d’une

_expérience

de

_microscopie,

sont _{limitées par la}

_puissance

maximale mise en

_jeu,

qui

peut

modifier la

_pointe

ou la surface étudiée

(limite

supérieure :

10 à 100

nA,

selon la tension

tunnel),

et _{par les} difficultés de la mesure de courant

(limite

inférieure : 10

_pA

_environ).

La mesure de

tels courants est effectuée

_grâce

à un convertisseur

courant-tension constitué d’un

_{amplificateur}

à faible

bruit et faible courant de

_polarisation

_(OPA

111-Burr

_Brown),

bouclé sur une résistance

_{Rc =}

100

_MQ,

_qui

est

_optimisée

_{pour la gamme 1}

nA-10 nA. Le courant est mesuré au niveau de la

_pointe,

qui

est reliée à l’une des entrées du convertisseur et

donc

_portée

à une tension nulle. L’échantillon est

polarisé

par une source de tension stabilisée réalisée à l’aide d’un

_{amplificateur opérationnel.}

Le

Fig.

3. - Schéma du circuit d’asservissement de la distance

pointe-échantillon.

[Electronic diagram

of the

_{feedback-loop}

_controlling

the

_tip-surface

_distance.]

Le circuit

_{logarithmique}

_{(Burr-Brown 4127)}

per-met d’obtenir le

_logarithme

du

_rapport

du courant

1 c

fourni _{par le convertisseur à} travers la résistance

Re (10 kil )

à un courant de référence

_Ir.

Selon le

signe

de la tension

_tunnel,

c’est à l’entrée + ou - du circuit

_{logarithmique qu’est}

reliée la sortie

_Vc

du convertisseur.

La tension de sortie est :

Les

_{caractéristiques}

de bande

_passante

de ce

circuit

_dépendent

du courant de référence. Nous avons choisi de les maintenir

constantes (f3 dB

=

50

_kHz),

en fixant une fois _pour toutes le courant de référence à

_Ir

= 10

03BCA.

Le circuit « différence » D délivre une tension :

Pour une valeur de

_{Vo, Ve}

s’annule _pour une

valeur bien

_précise

de

_{1 c’}

soit encore _pour une valeur

bien

_précise

du courant tunnel

_It

_(puisque

_{Ic =}

- Rc|03B5| Ir/R~).

Ainsi

_{l’ajustement}

de

_Vo

entre

- 10 V et + 10 V

_permet

de faire varier le courant

tunnel de

_consigne

entre 100

_pA

et 10 nA.

Le circuit de correction. - Le circuit utilisé

(C )

est un

_intégrateur

constitué d’un

amplificateur

opérationnel (LF

356,

National

_{Semiconductor)}

atta-qué

par une résistance

_{R1 réglable}

entre 10 kfl et

1

MH,

et _{bouclé par} une

_{capacité C2}

de 50

_liF.

Sa

fonction de transfert est, en

_{première approximation}

(gain infini) :

Si l’on tient

compte

d’un

_gain

fini A -

105

cette

fonction de transfert vaut

_(deuxième

approxima-tion) :

Une résistance

_R2

de 10 kn

_peut

être

_placée

en

parallèle

avec la

_capacité

_C2

pour faciliter la

procé-dure

_d’approche

de la

_pointe,

comme on le verra

plus

loin.

_Lorsque

cette résistance

_intervient,

la fonction de transfert devient

_{(en première}

approxi-mation) :

Ces

_{approximations}

se

_justifient

_{par le} fait _{que la}

fréquence

de coupure propre de

l’amplificateur

(~

100

_Hz)

est dans tous les cas, et

_compte

tenu des valeurs

_adoptées

pour les résistances et les

_capacités,

supérieure

d’au moins deux décades à la

_fréquence

de coupure de ce circuit bouclé. Le circuit de

de la

_pointe

_{pour annuler} cet écart. Pendant le

fonctionnement du

_microscope,

la bande

_passante

du correcteur et donc les

_{caractéristiques}

de la bande de

_régulation

_peuvent

être

_réglées

à l’aide de la

résistance

_R1.

Le circuit sommateur _pour

_{l’approche.}

- Durant la

_procédure

_{d’approche,}

le courant tunnel est tout

d’abord

_nul,

de sorte _que le circuit

_{logarithmique}

est

saturé à + 15 V

_{(tension d’alimentation),}

le circuit de

_comparaison

est saturé à - 15 V et donc le circuit de correction est saturé à + 15 V

(la

_pointe

« veut »

avancer _{pour aller} « chercher » le courant

_tunnel).

Pour

_permettre

les allers et retours de la

_pointe

après

chaque

pas du « Louse _», il faut donc

pouvoir

ajouter

au

_signal

de sortie

_VS

du correcteur une

consigne

de

_{déplacement Vd (qui}

restera ensuite

constante

_pendant

_{l’expérience).}

Cela est réalisé à

l’aide d’un circuit sommateur S de

_{gain - 1.}

On a

donc :

Au moment de

_{l’apparition}

- très

rapide

- du

courant tunnel

_{l’intégrateur risque}

d’être

_trop

lent pour

répondre

de

_façon

correcte. C’est

_pourquoi

on

place

pendant

la

_procédure

_d’approche

une

résis-tance

_{R2 ( =10 kfl)}

en contre-réaction sur le

correc-teur

_{(gain = 1),}

de sorte

_qu’il

soit alors

_quasiment

de

type

proportionnel.

Le circuit de commande du

_{déplacement.}

- Afin de

permettre

à la

_pointe

un

_déplacement

de l’ordre

de ± 1 ktm, il faut

appliquer

sur la

_céramique

piézo-’ électrique

une tension de ± 500 _{V. Pour passer}

d’une tension de ± 10 V environ

(à

la sortie du

correcteur)

à ± 500 V on utilise un

_{amplificateur}

haute tension de

_{gain GHT =}

+ 50. La tension

appli-quée

sur la

céramique

est donc :

Si l’on _{souhaite que} la bande

_passante

de la boucle soit

_imposée

_{par le correcteur, il faut que}

l’amplifica-teur ait une

_large

bande. Une autre

_{spécification}

très

importante

de cet

_{amplificateur}

est son bruit.

L’amplificateur

réalisé a une bande

_passante

de

30 kHz avec un bruit de sortie de 5

mV,

soit environ

1 mV de _{bruit pour} une bande utile de l’ordre du kHz.

_Compte

tenu du

_gain

_Gz

= 20

Å/V

de la

céramique

Z,

cela se traduirait par un bruit de

0,02

A

sur la distance

_{pointe-échantillon.}

On verra

plus

loin

_(cf.

effets

_{parasites) qu’en}

fait le bruit de

cet

_{amplificateur}

est fortement atténué dans la

bande

_passante

définie _{par la} boucle

d’asservisse-ment. La

_{céramique piézoélectrique}

Z est connectée

de sorte

_qu’une

tension

_{VZ positive}

entraîne la

diminution de la distance

_{pointe-échantillon.}

Si

Zp

est la

_position

de la

_pointe

et

_ZP.

sa

_position

_pour

V z

= 0

(cotes

comptées

positivement

de l’échantillon

vers la

_pointe),

on a :

Dans ces

_conditions,

on

_agit

sur la distance

pointe-échantillon D

_puisque,

si

_Ze

est la cote de

l’échantil-lon,

D vaut :

Ainsi est refermée la boucle. Une fois la

_régulation

de la distance D

effectuée,

reste à

_balayer

la

_pointe

devant l’échantillon. Cette

_opération

est réalisée _par

deux

_{amplificateurs}

haute tension de même

_type

_que celui

_employé

pour Z mais de bande

_passante

_plus

étroite,

qui

sont

_pilotés

_par un

_générateur

_{de rampes}

Vx,

Vy,

et

_{qui agissent}

sur les

_{céramiques X}

et Y du

trièdre

_supportant

la

_pointe.

Ce

_générateur

commande

_également

une table

traçante,

l’abscisse x

sur la table étant l’abscisse X de la

pointe,

et

l’ordonnée y

sur la table étant une somme

pondérée

de l’ordonnée Y et de la cote

_Zp

de la

_{pointe (ceci}

fournit une

représentation pseudotridimensionnelle

de la

_surface).

Vx est un

_{signal triangulaire}

de

période

T et

_Vy

une _{rampe à valeurs discrètes}

fournies _par un convertisseur douze bits et

incrémen-tée de

_0394Vy

à la fin de la

_période.

Au cours de l’une de ces

périodes X

_peut

s’écrire :

où v est la vitesse de

_balayage.

Quoique

les circuits de

_balayage

ne fassent _pas

partie

de la

boucle,

ces considérations sont utiles car

c’est la variation de

_Ze

avec X donc avec le

_temps

_qui

définit les

_exigences

de bande

_passante

du

_système.

3.2.2.3 Le fonctionnement de la boucle. - La

fonction de transfert de la boucle ouverte est la

relation

_qui

lie la cote

_corrigée

de la

_pointe

(Zp )

à l’écart de cote _par

_rapport

à la valeur de référence

_(d).

En fonctionnement tunnel « normal » on s’intéresse aux

petites

variations des

signaux

_par

rapport

à leur valeur de référence. On se trouve

alors en

_régime

_{petits signaux (variables symbolisées}

par des lettres

minuscules).

A

_partir

des relations

₍₅₎

et

_(8),

en

_prenant

_pour

valeur de

_lto

dans

₍₅₎

celle

_qui

donne

_{Ve =}

0 dans

(8),

on a :

soit avec d en

Â

et * en

eV(2 x log e x k =

0,89

~) :

Compte

tenu de la relation

₍₁₀₎

valable en

_régime

Comme

_Vd

et

_Zp

sont constantes en

_régime

tunnel,

les relations

₍₁₂₎

à

₍₁₄₎

_donnent,

en

_petits

signaux :

d’où le

_gain

en boucle ouverte :

où l’on _pose

_Go

= 2

loge G~ Gz GHT

k. La valeur de

Go

est,

compte

tenu des

données, 4,45

x

103

_~(eV),

soit

_{pour 0}

= 5 eV. La relation

(15)

donne,

en

_régime

de

_petits

_{signaux :}

d’où la fonction de transfert en boucle

_fermée,

_qui

relie la variation

_zp

de cote de la

_pointe

à la variation de cote _ze de l’échantillon :

Compte

tenu de la forte valeur de

_Go

et de

_A,

le

gain

en boucle fermée à

_fréquence

nulle est 1. On

obtient :

Les variations de module et de la

_phase

des fonctions de transfert en boucle ouverte

_(H0(p))

et

en boucle fermée

(Hl (p »

sont

_{présentées figure}

4. La constante de

_temps

et la

_fréquence

de _{coupure à}

3 _{dB pour le}

_système

en boucle fermée valent :

Il est

_préférable

d’utiliser

_Rl

_pour

_régler

la bande

passante,

car la commutation de

_C2

en fonctionne-ment tunnel introduit de fortes

_{perturbations,}

et car le

_réglage

de

_Go

modifie en même

_temps

la bande

passante

et le

_gain

du

_système

en boucle ouverte.

Dans la réalisation

_présentée

_ici,

avec un travail de

sortie _moyen

_compris

entre 2 eV et 5

_eV,

_qui

conduit à

_Go

=

6,3

_x

103

à

104,

_{et avec}

C2

= 50

03BCF

et

_R1

variable de 10 k03A9 à 1

Mil,

on trouve les

résultats

_présentés

dans le tableau I.

Dans le mode conventionnel à « courant »

cons-tant, il

_importe

_{que la}

_fréquence

des variations de

Fig.

4. - Module

et

_phase

des fonctions de transfert en

boucle ouverte

_H0(p),

en boucle fermée

_{Hl (p )}

et de la fonction

_H2(p)

_{(essentiellement}

relative au bruit électroni-que de

l’amplificateur

haute tension du circuit

d’asservisse-ment).

Les fonctions sont calculées avec les valeurs suivantes :

_{R, =}

320

_M,

_C2

= 50 03BCF,

Go

= 104 , A

=

105.

[Bode plots

of the

_open-loop

_(H0(p))

and closed

_loop

(H1(p))

systems. The functions are calculated for:

Ri

= 320 kn,

C2

= 50

03BCF,

Go

= 104,

A =

10’.]

Tableau I. -

Fréquence

de _coupure en Hz

_calculée,

pour le

système

en boucle

_{fermée (Eq. (26)),}

_pour

différentes

valeurs

_{de 0}

et de

_Rl.

La valeur entre

parenthèses

est la constante de

_temps

en millisecondes.

C2

= 50

03BCF.

ze

(résultant

de la

corrugation

de la

surface)

soient bien suivies _{par la}

_pointe.

Mais ces

_fréquences

pro-pres du

microscope

(de

l’ordre du

kHz).

Cela

impose

donc le choix d’une résistance

_R1

de l’ordre de 100 k03A9. D’autre

part

la

_fréquence

des variations de ze est reliée à la vitesse de

_balayage.

Supposons

une surface dont la

corrugation

pré-sente un

_paramètre

de maille ao ; on a donc :

ze = k cos 2

_03C0X/a0

au

_premier

ordre,

comme X = _vt,

Puisque

la mesure s’effectue par

_{l’enregistrement}

de

_zp

_{(en pratique}

on

_enregistre

la

_copie

de la tension

V z

appliquée

au

_{piézoélectrique}

_Z,

_{Fig. 3) ;}

il faut

que la

fréquence

(v /ao )

au moins soit

_comprise

dans

la bande

_passante,

sans

_compter

_qu’il

est

_préférable

de mesurer non seulement cette

_fréquence

mais aussi

_{quelques harmoniques}

_pour observer les détails.

La condition sur la vitesse de

_balayage

est au

minimum que la

_fréquence

_v/a0

soit dans la bande

passante :

Ainsi pour

pouvoir séparer

des atomes de

_graphites

distants de

_2,46

A une

vitesse de

_balayage

de 246

Â/s

serait une limite

_supérieure

_pour une bande

passante

de 100 Hz. Faute de

_respecter

cette

condi-tion,

la

_pointe

ne « suit »

_plus

la

_corrugation

de

l’échantillon,

ce

_qui

se _{traduit par} une variation du

courant tunnel.

3.2.2.4

_Effets

_parasites.

- Le

problème

du bruit

électronique,

et de son retentissement sur la mesure

zp

n’a pas été abordé dans le

paragraphe précédent ;

nous le traitions

ci-dessous,

ainsi que celui des

capacités

parasites.

Ces

_problèmes

_posent

des

diffi-cultés

_{expérimentales}

notables. Le bruit. - Selon l’endroit de la

boucle où le bruit est

_introduit,

son influence sur la mesure est

diffé-rente. Le bruit des circuits

_compris

entre la sortie de

l’intégrateur

et la sortie de

_{l’amplificateur}

haute tension - donc avant la

mesure de

_zp

-

peut

se

ramener comme une

_perturbation

_pl sur

_{zp :}

D’autre

_part

le bruit introduit entre la mesure de

zp

et l’entrée de

l’amplificateur

(vibrations

mécani-ques + bruit

_{électronique)}

_peut

se ramener à une

perturbation

p2 sur la distance d :

En utilisant la relation

_{(18) qui}

relie

_{vs à}

d,

la relation

₍₂₉₎

_peut

se mettre sous la forme

et on en déduit l’influence des

_{perturbations}

sur

zp :

Cette relation

peut

être réécrite

_(en

tenant

_compte

de

_{G0 ~ 1, A ~ 1):}

soit :

Les variations de module et de

_phase

de la

fonction de transfert

_H2

_{(p )}

sont

_également

représen-tées sur la

figure

4.

On note en définitive _que le bruit pl de

l’électroni-que introduit

après l’intégrateur

est fortement atté-nué dans la bande de

_fréquence

des

_signaux

utiles,

et

cela est

_{particulièrement bénéfique}

en ce

_qui

concerne

_{le ruit}

_apporté

_par

_{l’amplificateur}

haute

tension

Z Quant

à la

_perturbation

_{p2 c’est-à-dire les} vibrations

_mécaniques

et le bruit

_{électronique}

avant

l’intégrateur,

en

particulier

sur le

_{convertisseur,}

elle

est, dans la bande

_utile,

indiscernable de l’informa-tion sur la surface

_{(ze ).}

Il

_importe

donc de bien

choisir le

convertisseur,

de le blinder au

_maximum,

de le

_placer

au

_{plus près}

de la

_pointe,

et de réduire

au maximum les vibrations

_mécaniques.

Les

_{capacités parasites.}

- Nous

venons de le

_voir,

c’est au niveau du convertisseur _que le

_signal

est le

plus

fragile

(forte impédance,

fort

_gain

avant

l’inté-grateur),

et _par

_conséquence

l’effet des

_capacités

et résistances

_parasites

est à considérer de

_près

surtout

en ce

_qui

concerne les

_signaux

variables,

c’est-à-dire

principalement

la tension

_VZ.

Ce

_problème

est

quelquefois

évoqué

dans la littérature

_{[17] ;}

nous

essayons de le

quantifier

ici.

La résistance de fuite entre les

_{piézoélectriques}

et

la

_pointe

est de l’ordre

_de

1013

_fi,

ce

_qui

donne un

courant de fuite

_(entrant

dans le

_{convertisseur)}

de 50

_pA

_pour

_Vz

= 500 V. Il _est facile de réduire _ce

courant à 5

_pA

en

_{imposant (grâce}

au

« Louse »)

que

Vz

varie au maximum entre - 50 et + 50 V. Par

conséquent

cela ne _pose

_problème

_{que pour} un

courant tunnel inférieur à 100

_pA,

et il faudrait alors mieux isoler la

_pointe

du trièdre. En revanche la

capacité

de fuite entre la

_pointe

et les métallisations

de la

_céramique

Z ne

_peut

_{pas être}

_négligée.

Dans le

microscope

que nous avons

_réalisé,

elle est de