專利名稱：一種慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及掃描顯微技術(shù)領(lǐng)域。
通常掃描隧道顯微鏡的由三大部分組成一個(gè)是頭部、控制裝置、微機(jī)。其中頭部的針尖一樣品趨近的調(diào)節(jié)直接影響到掃描的效果。目前，比較先進(jìn)的掃描隧道顯微鏡是采用了針尖一樣品趨近的慣性移動(dòng)技術(shù)。它的樣品臺(tái)直接放置在粘接有壓電陶瓷管的底板上，依靠壓電陶瓷管的彎曲變形，特別利用電壓的慢升快降，來(lái)控制壓電陶瓷管的慢變形，快還原，從而形成樣品臺(tái)的慣性移動(dòng)，使針尖一樣品達(dá)到逐漸趨近或逐漸分離的目的(如


圖1)。此種裝置的缺點(diǎn)主要有二大方面。其一是驅(qū)動(dòng)部分直接和樣品臺(tái)連接，使得樣品臺(tái)的慣性移動(dòng)不甚穩(wěn)定，而且樣品臺(tái)受外來(lái)因素干擾更增加了其不穩(wěn)定因素，而這些因素又導(dǎo)致了所測(cè)樣品的重復(fù)性大大降低，這種穩(wěn)定性和重復(fù)性的影響在納米級(jí)的掃描顯微鏡技術(shù)中是非常敏感、非常顯著的。其二是驅(qū)動(dòng)的動(dòng)作和樣品臺(tái)每一步進(jìn)的動(dòng)作都必須十分精確，從而要求整套設(shè)備的加工制作必須非常準(zhǔn)確、精密，給加工制造帶來(lái)了一定的難度和麻煩。另外，此類掃描隧道顯微鏡它的樣品臺(tái)的移動(dòng)只是一維的，掃描的范圍在一定上受到了限制。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種驅(qū)動(dòng)裝置是作用于樣品臺(tái)，又獨(dú)立于樣品臺(tái)的高穩(wěn)定性和重復(fù)性的結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單的，不要求任何精密加工的慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的慣性驅(qū)動(dòng)式隧道顯微鏡由頭部、控制裝置、微機(jī)等組成，關(guān)鍵是它的頭部設(shè)有一分離于樣品臺(tái)的獨(dú)立的用于針尖一樣田趨近的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置由一極化方向經(jīng)向向外的壓電陶瓷管、一個(gè)底板、一個(gè)滑塊、一根推桿等組成，壓電陶瓷管的內(nèi)壁鍍滿銀層，外壁沿軸面兩側(cè)各鍍銀層，且兩側(cè)銀層互不接壤，壓電陶瓷管的上端與底板緊密粘接，底板上兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄的間距為滑塊的寬度，滑塊放置其中，滑塊的下端面裝有三只滾珠，滑塊的前面設(shè)有一推桿，推桿的頭端為一彎鉤；頭部中樣品臺(tái)的后側(cè)面裝有與推桿的彎鉤相應(yīng)的套鉤，樣品臺(tái)下端面裝有三只滾珠，樣品臺(tái)下置的底板上兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄的間距為樣品臺(tái)的寬度。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的樣品臺(tái)不直接依靠慣性移動(dòng)，而是通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)推動(dòng)，使得樣品臺(tái)的進(jìn)、退移動(dòng)比較可靠；2、驅(qū)動(dòng)部分與頭部其余部分的相對(duì)獨(dú)立，大大提高了掃描的穩(wěn)定性和重復(fù)性；隧道噪聲信號(hào)幅度下降二個(gè)數(shù)量級(jí)；并且在不用懸掛防震裝置的情況下，仍能得到高序熱介石墨表面的原子排列圖；3、驅(qū)動(dòng)裝置的合理配備，使得樣品的移動(dòng)可以增加到二維，一定程度上擴(kuò)大了掃描范圍；4、結(jié)構(gòu)十分緊湊簡(jiǎn)單，不要求任何精密加工。
以下附圖為實(shí)施例，以便對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征作進(jìn)一步的描述。
圖1為現(xiàn)有慣性移動(dòng)掃描隧道顯微鏡頭部的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的頭部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的另一種頭部的結(jié)構(gòu)示意圖4為慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的二維頭部的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中圖面編碼為1－壓電陶瓷管；2－底板；3－護(hù)欄；4－滑塊；5－滾珠；6－推桿；7－彎鉤；8－套鉤；9－底板；10－護(hù)欄；11－滾珠；12－樣品臺(tái)；13－樣品；14－針尖；1’－壓電陶瓷管；2’－L形底板。
實(shí)施例1如圖2所示的是慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的頭部，它有一獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置中的壓電陶瓷管1內(nèi)側(cè)鍍滿銀層，外側(cè)沿軸面分別有二個(gè)作為電極的互不接壤的鍍銀層面，工作時(shí)，一極接地，一極接通控制裝置提供的一個(gè)逐漸上升的電壓，使壓電陶瓷管1產(chǎn)生向左彎曲的形變；并將帶動(dòng)與之緊密粘接的底板2及底板2上所放置的滑塊4向左傾移，底板上護(hù)欄3使得滑塊在以后的移動(dòng)中不至偏向，滑塊4底部裝有三只滾珠5，使得其與底板2的摩擦力小到需要的程度，由于滑塊4上的推桿7頂著樣品臺(tái)12，那么當(dāng)樣品臺(tái)12所受的摩擦力小于滑塊4所受的靜摩擦力時(shí)，則樣品臺(tái)12就會(huì)被向左推動(dòng)，而滑塊4與底板2的相對(duì)位置不變。當(dāng)控制裝置提供的電壓突然下降，引起壓電陶瓷管1的快速?gòu)?fù)原，而使底板2與滑塊4發(fā)生一個(gè)相對(duì)滑動(dòng)，使滑塊4產(chǎn)生一個(gè)向左的位移，這樣推桿6再一次接近并頂?shù)綐悠放_(tái)12，并且在下一個(gè)電壓上升期間推動(dòng)樣品臺(tái)12。只要控制裝置連續(xù)地向壓電陶瓷管1的電極發(fā)出鋸齒波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就能不斷移動(dòng)樣品臺(tái)12，直至樣品13進(jìn)入隧道區(qū)，這時(shí)針尖14開始向樣品13掃描，控制裝置把接受到的樣品信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)把采集到的樣品信號(hào)按掃描方式組合起來(lái)，并顯示在屏幕上。掃描結(jié)束后，只要將電極信號(hào)的極性互換，同理驅(qū)動(dòng)裝置中的彎鉤7就會(huì)拉住樣品臺(tái)12上的套鉤8向右移動(dòng)，離開隧道區(qū)。當(dāng)掃描工作時(shí)，可以由控制裝置發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，恰好使驅(qū)動(dòng)裝置的彎鉤7和樣品臺(tái)的套鉤8脫離接觸，這樣在非常簡(jiǎn)單的防震條件下，就可保持很高的測(cè)量穩(wěn)定性和重復(fù)性。
實(shí)施例2如圖3所示是慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的另一種頭部。它大致結(jié)構(gòu)和實(shí)施例1的頭部相似，只是其壓電陶瓷管1的內(nèi)、外壁均鍍滿銀層，底板為一L形的直角底板2’，底板2’的一端緊密粘接在壓電陶瓷管1’的一端，另一端作滑塊4的支撐底板，上面兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄3，護(hù)欄3的間距為滑塊4的寬度，壓電陶瓷管1’的內(nèi)壁銀層和外壁銀層各為電極，接通控制裝置電源，壓電陶瓷管1’作伸長(zhǎng)式縮短變形，L形底板2’把這種變化傳給滑塊4，當(dāng)控制裝置給出連續(xù)鋸齒波直至停止，到進(jìn)行掃描，顯微鏡的工作一如實(shí)施例1。
實(shí)施例3如圖4所示的是慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡的二維頭部結(jié)構(gòu)示意圖。它的頭部有二個(gè)用于不同方向的驅(qū)動(dòng)裝置，分別在樣品臺(tái)12的側(cè)面和后面，樣品臺(tái)12相應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置所在的側(cè)面各裝有一與推桿6的彎鉤7相配合的套鉤8，樣品臺(tái)12的下置底板9為一光滑平底板。它的驅(qū)動(dòng)裝置可以是實(shí)施例1種類的，也可以是實(shí)施例2種類的，它們推動(dòng)樣品臺(tái)12在水平面的二個(gè)垂直方向移動(dòng)至所需位置，顯微鏡的移動(dòng)、掃描工作如實(shí)施例1所述。
權(quán)利要求1.一種慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡由頭部、控制裝置、微機(jī)等組成，其特點(diǎn)在于它的頭部設(shè)有一分離于樣品臺(tái)的獨(dú)立的用于針尖一樣品趨近的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置由一極化方向經(jīng)向向外的壓電陶瓷管、一個(gè)底板、一個(gè)滑塊、一根推桿等組成，壓電陶瓷管的內(nèi)壁鍍滿銀層，外壁沿軸面兩側(cè)各鍍銀層，且兩側(cè)銀層互不接壤，壓電陶瓷管的上端與底板緊密粘接，底板上兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄的間距為滑塊的寬度，滑塊放置其中，滑塊的下端面裝有三只滾珠，滑塊的前面設(shè)有一推桿，推桿的頭端為一彎鉤；頭部中樣品臺(tái)的后側(cè)面裝有與推桿的彎鉤相應(yīng)的套鉤，樣品臺(tái)下端面裝有三只滾珠，樣品臺(tái)下置的底板上兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄的間距為樣品臺(tái)的寬度。
2.如權(quán)利要1所述的慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡，其特征在于其壓電陶瓷管的內(nèi)、外壁均鍍滿銀層面，底板為一L形的直角板，底板的一端緊密粘接在壓電陶瓷管的頭端，另一端作滑塊的底板，底板的上面兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，護(hù)欄的間距為滑塊的寬度。
3.如權(quán)利要求1、2所述的慣性驅(qū)動(dòng)式掃描隧道顯微鏡，其特征在于它有二個(gè)用于不同方向的驅(qū)動(dòng)裝置，分別設(shè)置在樣品臺(tái)的側(cè)面和后面，樣品臺(tái)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置所在的側(cè)面各裝有一與推桿的彎鉤相配合的套鉤，樣品臺(tái)的下置底板為一光滑平底板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種掃描顯微技術(shù)領(lǐng)域。包括微機(jī)、控制裝置，以及一個(gè)頭部，頭部有掃描裝置和樣品臺(tái)，樣品臺(tái)后側(cè)有套鉤，與驅(qū)動(dòng)裝置的滑塊上的推桿的彎鉤相對(duì)應(yīng)，滑塊置放在和壓電陶瓷管相粘接的底板上，通過(guò)電壓陶瓷管的變形帶動(dòng)滑塊作慣性移動(dòng)，從而再推動(dòng)樣品臺(tái)進(jìn)、退，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置的獨(dú)立來(lái)達(dá)到提高掃描穩(wěn)定性和重復(fù)性的目的。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和重復(fù)性好，不需作精密加工，有良好的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，并適合于納米科學(xué)技術(shù)的研究和高精密度產(chǎn)品的加工。
文檔編號(hào)G02B21/32GK2127179SQ92215769
公開日1993年2月17日 申請(qǐng)日期1992年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月27日
發(fā)明者要小未, 李民乾 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所