專利名稱：用于掃描探測顯微鏡的驅動和傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及掃描探測顯微鏡領域，具體地，本發(fā)明涉及如獨立的權利要求中揭示的用于掃描探測顯微鏡的驅動和傳感裝置。
背景技術：
包括被附著到其上的探測尖端的微加工制造的懸臂是掃描探測顯微鏡(SPM)，例如，原子力顯微鏡的主要部件之一。SPM的測量模式是所謂的“動態(tài)”模式。在這個模式中，使得尖端非?？拷鼧颖颈砻?，以及懸臂以接近于它的共振頻率的頻率振動。在不同的測量模式中，例如，所謂的“輕敲”或間歇接觸模式，當懸臂振動時，允許尖端接觸到表面。在掃描樣本時，在尖端與樣本表面的特征點之間的距離是變化的。這種變化造成在尖端與表面之間的交互作用力，例如范德瓦耳斯力的梯度發(fā)生改變。產(chǎn)生的懸臂機械特性(例如，共振頻率、相位、振動幅度和Q因子)的改變，通過外部系統(tǒng)，例如光學偏轉檢測系統(tǒng)，被檢測。通常，懸臂與樣本表面之間的距離由反饋系統(tǒng)進行控制，以保持特征參數(shù)為恒定的數(shù)值。
懸臂典型地通過使用被附著到懸臂芯片上的壓電片而振動。在輕敲模式中使用的傳統(tǒng)的懸臂的彈簧常數(shù)k在5-300kHz的共振頻率下通常是k＝1-100N/m。低彈簧常數(shù)的懸臂是優(yōu)選的，因為在這種情形下，在運行期間尖端較少損壞或磨損。高的共振頻率的懸臂對于高處理量或高速度SPM測量是優(yōu)選的。作為一個例子，如果沒有提供足夠的振動幅度，例如，高達1μm，很難使用非常軟的懸臂用于在空氣中的動態(tài)模式測量，例如，彈簧常數(shù)具有小于0.1N/m的數(shù)值。在樣本表面上的水，例如，把尖端粘到表面上，而不再釋放它。如果懸臂以不同于其第一共振頻率的頻率進行振動，則被附著到懸臂的壓電片不能有效地給尖端提供足夠的激勵。這樣的系統(tǒng)(壓電片與懸臂芯片)的頻率在比起系統(tǒng)的第一共振頻率更高的頻率下也是無效的。
在SPM的其他的實施方案中，使用石英音叉來代替微加工制造的懸臂。音叉是主要開發(fā)用于電子電路的電元件。它們是體積尺寸為幾mm的小的機械共振器，具有非常高的Q因子，即，它們對于施加的力非常敏感。對于它們的共振特性的相對容易的可到達性，例如通過測量電導，使得音叉成為對于SPM應用的有吸引力的候選者。在使用音叉的SPM應用中，SPM尖端被附著到音叉的一個叉股上。尖端被附著在叉股的側壁或頂部，正如文件US6,094,971和EP0 864 846中揭示的。這樣的懸臂系統(tǒng)的缺點是由于這樣的事實尖端被直接固定在音叉的一個叉股上。音叉的對稱性被破壞。這減小機械Q因子，以及使得它對于施加的力不太敏感。而且，尖端的振動幅度總是與音叉本身的振動幅度相同的。另外，這些探測器與傳統(tǒng)的微加工制造的懸臂相比較，是非常剛性的，即，尖端在工作時容易損壞。音叉共振器的叉股的典型的彈簧常數(shù)在大約30kHz的共振頻率下是1.8kN/m。
本發(fā)明的一個目的是提供用于克服現(xiàn)有的掃描探測顯微鏡特別是使用音叉共振器的掃描探測顯微鏡的缺點的掃描探測顯微鏡的驅動和傳感裝置。
具體地，本發(fā)明的一個目的是提供包括音叉和微加工制造的懸臂的驅動和傳感裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供增強現(xiàn)有技術水平的音叉共振器的Q因子和/或共振頻率的對稱的驅動和傳感裝置。
這些目的是通過如權利要求書中規(guī)定的驅動和傳感裝置達到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的驅動和傳感裝置包括帶有兩個叉股的叉狀的裝置，例如音叉，以及帶有探測尖端的連接裝置，其中尖端通過所述連接裝置被連接到叉狀裝置的所述兩個叉股。叉狀裝置被用作進行振動的機械共振器。叉股的運動通過所述連接裝置被轉換成所述探測尖端的運動，其中所述尖端運動可以是處在與叉股運動平面不同的平面上。驅動和傳感裝置優(yōu)選地被用于掃描探測顯微鏡(SPM)，例如，原子力顯微鏡。
尖端被連接到音叉的兩個叉股的一個優(yōu)點在于，音叉的對稱性被保持。這樣，比起現(xiàn)有技術水平的音叉SPM來說，音叉的Q因子可以高得多，例如，音叉對于施加的力敏感得多。
尖端可以通過使用柔性和有彈性的連接裝置，例如，彈簧裝置，像板狀或片狀彈簧，片狀材料彈性片，薄片或線，而被連接到音叉的叉股。被加到音叉的連接裝置的小的質量力圖減小音叉的共振頻率。這也出現(xiàn)在現(xiàn)有技術水平的音叉SPM的情形中。然而，在本發(fā)明中，連接裝置給予音叉附加的剛度，以及增大音叉的共振頻率。這個作用比起附加的質量的作用大得多。所以，音叉的共振頻率變?yōu)楦哂谠鹊臄?shù)值，例如，這是在高速的SPM中優(yōu)選的。通過使用帶有附著的連接裝置的音叉，系統(tǒng)性能可被顯著地改進。
在本發(fā)明中，音叉的叉股的運動引起連接裝置的運動。在音叉以一個頻率振動的同時，連接裝置以相同的頻率振動。當連接裝置以比它們的第一共振頻率高的頻率振動時，也得到連接裝置例如彈簧裝置的大的振動幅度。作為一個例子，如果音叉的第一共振頻率是50kHz以及彈簧裝置(例如，板彈簧)的第一共振頻率是8kHz，則板彈簧可以以50kHz振動，在它的自由端例如有500nm的振動幅度。連接裝置的共振頻率不一定是與音叉的共振頻率相同的，可以按照用戶的需要被選擇。這在現(xiàn)有技術水平的SPM中是不可能的。懸臂或音叉以接近于它的共振頻率的頻率振動。懸臂或叉股的相當大的振動幅度只能分別在懸臂或音叉的第一共振頻率附近得到。
在本發(fā)明中，連接裝置優(yōu)選地具有帶有至少一個軸或平面的形狀，這個軸或平面實際上是連接裝置的對稱軸或平面。優(yōu)選地，連接裝置具有一個或多個對稱軸，尖端位于至少一個對稱軸上。如果連接裝置的對稱軸位于或平行于音叉的對稱軸或者音叉的平面，則是特別優(yōu)選的。通過連接裝置、尖端和音叉的對稱安排，保持了懸臂的完全對稱性。這不單增大音叉的Q因子，而且也簡化尖端的運動，即，三個自由度中的一個自由度被限制，以使得尖端在一個平面上運動。
在本發(fā)明的實施例中，尖端以至少三個點被連接到音叉音叉的兩個叉股上或叉股處的兩個第一連接點，以及另一個連接點。這個另一個連接點優(yōu)選地位于音叉的基部，例如在音叉的對稱軸或面上。尖端與音叉的另一個連接例如可被用作為尖端到外部源或單元的耦合裝置。耦合裝置例如可以是光的或電的耦合位置，例如接觸點，用于通過其他的電絕緣的尖端把電壓加到尖端，其優(yōu)選地是與音叉的任何驅動信號無關的。它也可被使用于，例如，把光線光耦合到驅動和傳感裝置或從驅動和傳感裝置光耦合出，例如可被使用于掃描近場光顯微鏡(SNOM)。具有至少另一個連接點的連接裝置因此優(yōu)選地以保持音叉的對稱性的方式被設計出。
音叉，連接裝置和尖端可以是掃描探測裝置的一個單個的或分開的部件。按照本發(fā)明的實施例，尖端和連接裝置是一個部件，例如，以微技術中熟知的一個或多個處理步驟由一塊材料制造的。然而，尖端也可以是連接裝置的一部分，這樣，連接裝置本身用作為探測尖端。連接裝置然后設有例如尖的邊緣或角。例如，這可以通過把連接裝置成形為三角形而達到。然而，探測尖端也可以通過任何適當?shù)墓潭夹g被粘結或附著到連接裝置。傳統(tǒng)上可提供的音叉，如石英或壓電音叉，通常被涂敷以金屬層，例如金層，它用作為電觸點。所以，連接裝置也可以通過其他固定技術(例如通過焊接或粘接)被附著到音叉上。優(yōu)選地，使用壓電音叉，例如在手表應用中使用的石英音叉。取決于被用來制造驅動和傳感裝置的材料，音叉不是壓電的。這是在音叉、連接裝置和尖端由同一個材料制成，例如用一塊材料(例如硅)制造時的情形。在這種情形下，音叉可以至少部分地用例如壓電層覆蓋。對于包含半導體或導體材料的音叉，有可能通過施加靜電力到這些叉股而產(chǎn)生叉股的運動。這例如可以通過把計數(shù)器電極放置在這些叉股附近以形成電容器以及在叉股與電極之間加上電位而實現(xiàn)。
在SPM測量中，音叉被共振。由于尖端與樣本表面之間的交互作用力，出現(xiàn)和檢測到在音叉的機械特性(例如共振頻率、相位、振動幅度和Q因子)的改變，或連接裝置的改變(例如機械的和位置的改變)。作為用于壓電音叉共振器的電源，一個電流或電壓信號被加到音叉上，以及產(chǎn)生叉股的運動。對于不同種類的音叉，例如，電-磁共振的音叉或傳統(tǒng)的金屬音叉中，必須選擇適用的電源。可以通過直接的或間接的方法檢測音叉的機械特性的改變或連接裝置的改變。在直接方法中，測量來自音叉的內(nèi)部的信號，例如，感測音叉的電導的改變。在間接方法中，使用外部檢測系統(tǒng)，例如光偏轉檢測系統(tǒng)，用來檢測例如由于尖端與樣本表面的交互作用而造成的連接裝置的位置的改變。
按照本發(fā)明的連接裝置優(yōu)選地被設計成彈簧裝置，例如板彈簧、堅實材料的彈性帶條。這些彈簧裝置可以具有數(shù)值低于0.1N/m的彈簧常數(shù)。在實驗裝置中彈簧常數(shù)的典型的數(shù)值處在0.03-80N/m的范圍，以及優(yōu)選地在0.04-30N/m的范圍，例如0.07N/m。這比起具有約2kN/m的現(xiàn)有技術水平的音叉共振器的彈簧常數(shù)低得多。它甚至比起傳統(tǒng)的硅懸臂的1-100N/m的典型的彈簧常數(shù)值更低。所以本發(fā)明的懸臂系統(tǒng)比起現(xiàn)有技術水平的懸臂軟得多，即尖端例如在工作時不太經(jīng)常損壞。


下面，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1示意地顯示現(xiàn)有技術水平的包括探測尖端的音叉。
圖2是按照本發(fā)明的驅動和傳感裝置的實施例的傾斜視圖。
圖3代表圖2的實施例的工作原理的側視圖和頂視圖。
圖4描繪按照本發(fā)明的第二實施例。
圖5顯示圖4的實施例的工作原理。
圖6顯示按照本發(fā)明的第三實施例。
圖7顯示圖6的實施例的工作原理。
圖8顯示按照本發(fā)明的第四實施例。
圖9顯示在本發(fā)明中使用的檢測系統(tǒng)的方案。
圖10a，b顯示按照圖2的實施例的實驗裝置以及連接裝置區(qū)域的放大圖。
圖11顯示按照本發(fā)明的第五實施例。
圖12顯示按照本發(fā)明的第六實施例。
具體實施例方式
圖1顯示如在SPM應用中使用的現(xiàn)有技術水平的音叉1的兩個例子。尖端2被固定到音叉1的一個叉股上，如附圖的左邊所示的垂直于音叉，或者如右邊所表示的平行于音叉。尖端2被直接耦連到音叉，以及總是沿與叉股相同的方向運動。在后者的情形下，尖端運動幾乎平行于樣本表面8。
圖2所示的本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例包括作為彈簧裝置的U-或V-形的板彈簧23，例如，微加工制造的金屬、單晶硅、氧化硅、氮化硅或聚合物。板彈簧23的兩個出腳25的每個出腳被固定到，例如被粘結或被焊接到壓電音叉共振器21的不同的叉股上。尖端22優(yōu)選地是板彈簧23的部件，即，以與板彈簧23相同的方法制造的。尖端22也可被固定到，例如被粘結到板彈簧23上，并指向一個方向，即z方向，該方向垂直于音叉和板彈簧所處的面，即xy面。尖端22處在音叉-板彈簧系統(tǒng)的對稱面上，即xz面。音叉21是壓電的以及被連接到電極27，它主要在xy面上振動。尖端22被迫使主要沿著z軸或更確切地說在xz面內(nèi)運動。尖端22不是沿著與叉股運動相同的的方向運動，這是與傳統(tǒng)的使用音叉的SPM不同的。板彈簧的出腳25的厚度t小于寬度w，以便允許尖端22沿-z和+z方向靈活的運動。如果在尖端與例如樣本之間出現(xiàn)任何相互作用，即，在樣本表面上掃描，則音叉共振器21的共振特性，例如共振頻率、相位、振動幅度和Q因子，發(fā)生改變。這些特性優(yōu)選地通過使用相同的電極27被檢測，例如，通過測量音叉共振器的電導或傳導改變。
音叉叉股，板彈簧或尖端的長度，寬度，厚度的大小都處在亞微米或微米的范圍，典型地從0.5微米到幾千微米。典型的叉股的長度是500-4500μm，優(yōu)選的數(shù)值為1500-3500μm。叉股的厚度tp和寬度wp典型地處在50-350μm之間，優(yōu)選值為wp＝150-280μm以及tp＝80-200μm。板彈簧長度典型地處在150μm與1000μm之間，優(yōu)選值為250-650μm。板彈簧的寬度與厚度w和t的數(shù)值典型地處在約0.1-150μm的范圍內(nèi)，其中w優(yōu)選地處在30μm與100μm之間，例如是65μm。t具有0.1μm到20μm的優(yōu)選值，例如1μm。必須提到，所有的尺寸適合于用戶需要，或技術問題，即，尺寸可以比起給定的示例性范圍更小或更大。
圖3顯示如圖2所描述的驅動和傳感探針的工作原理。音叉31的共振導致叉股主要在xy面的運動，這在圖3的下部可以看到，圖3的下部顯示驅動裝置的頂視圖。叉股的運動導致角運動M和M’，其影響板彈簧33的每個出腳35。所以，出腳35的兩個邊L1和L2受到不同的機械應力量。為了適應應力分布，板彈簧變形為使得彈簧頭部34和因而使尖端32離開xy面。所以尖端的運動主要在xz面，正如在圖3的上部的驅動裝置的側視圖看到的。如果例如交流電信號被加到壓電音叉共振器31，則兩個叉股以反相位共振，使得附著的板彈簧33變形，在這種情形下尖端32不是沿與音叉振動方向相同的方向運動。優(yōu)選地，板彈簧33的振動頻率是與音叉共振器31的共振頻率相同的。然而，它可以按照用戶需要被選擇。
在圖4上，U或V形板彈簧43垂直地附著到音叉41的叉股，即，板彈簧位于yz面，而音叉41位于xy面。尖端42被結合于或被固定在平行于對稱軸，即，音叉41的x軸的板彈簧43的頭部。當音叉41共振時，在板彈簧43上的尖端42主要分別沿x軸方向或在xz面上運動。音叉41的叉股46的扭轉運動被顯示在圖5上。類似于圖3，叉股46的運動造成板彈簧的出腳的角運動M和M’。由于這些角運動，每個出腳的兩個邊L1，L2經(jīng)受不同的機械應力量，所以發(fā)生彎曲。出腳的彎曲造成尖端在xz面上的運動。由于音叉、板彈簧和尖端的不同的幾何排列，驅動和傳感裝置相對于掃描面的位置，比起圖2所示的驅動裝置發(fā)生改變。
圖6和8顯示本發(fā)明的另外的實施例。連接裝置是堅固材料的彈性條，例如金屬、單晶硅、氮化硅、氧化硅或聚合物帶條。帶條形成橋63、83，且被附著到，例如被粘結到，音叉61、81的不同的叉股。在這兩個實施例中，由尖端62、82的指向方向規(guī)定的尖端軸位于或平行于形成橋的帶條63、83的對稱面。在這些實施例中，尖端沿軸移動。在圖6上，橋的限定的軸是z軸，以及對稱面是yz面。橋63被安排成垂直于音叉61的對稱面，它也是音叉所處在的面。在圖8上，橋83的限定的方向是x軸，以及對稱面是xy面。橋位于或被安排成平行于音叉81的對稱面。在音叉61，81振動時，尖端62，82更接近于或更遠離于叉股76，正如圖7上看到的。通過這個運動，尖端可達到樣本表面和/或表面可被掃描。在音叉叉股76和橋的出腳75之間的角度Θ的變化表示如附圖的左面所示的橋的側向擴展，或如附圖的右面所示的橋的前向擴展。為了帶條63的最佳的可彎曲性，它的寬度w和厚度t(圖6)被相應地選擇，即，t小于或等于w。w和t的數(shù)值優(yōu)選地處在約0.1-150μm的范圍內(nèi)，其中w典型地處在30μm與100μm之間，例如是65μm。t典型地具有0.1μm到20μm的數(shù)值，例如1μm。帶條63的兩個出腳的末端之間的距離被調節(jié)到叉股的分開的距離，并優(yōu)選地具有幾百微米的數(shù)值。典型的數(shù)值處在150-650μm的范圍，例如440μm。
在圖9上，顯示可以在本發(fā)明中使用的兩個檢測原理。音叉91可被用作如在附圖的左面顯示的采用直接檢測方法的驅動和傳感裝置。它也可被用作如附圖的右面顯示的采用間接檢測方法的驅動和傳感裝置。在第一種情形下，音叉91的共振特性通過電極97，例如，通過測量音叉的電導、振動幅度或機械Q因子在它的共振頻率附近的改變被檢測。在第二種情形下，音叉主要被使用來振動附加的彈簧裝置，即，包括尖端的板彈簧93。通過外部的光檢測系統(tǒng)101，光信號例如被光電二極管100檢測。由于板彈簧的位置相對于參考位置改變，信號被偏轉。偏轉測量優(yōu)選地通過從板彈簧93后面反射的光信號，例如，激光束99被完成板彈簧位置的改變造成光束偏轉到不同的方向。
為了得到樣本表面98的拓撲圖象，樣本或音叉例如通過掃描器在平行于樣本表面的平面即xy面上移動，例如，如圖2所示，而尖端接合到樣本表面98。
尖端-樣本分離(即沿z方向運動(見圖2))可以通過掃描器或音叉被完成。當SPM工作在恒定力模式時，音叉可被使用來控制尖端-樣本分離。由于音叉的共振頻率大大地高于傳統(tǒng)的壓電掃描器，可以得到高得多的掃描速率。當SPM工作在動態(tài)或間歇接觸模式時，疊加的AC-DC信號可被加到音叉，后者典型地被用來使連接裝置振動以及控制尖端-樣本間隔(z反饋驅動)。
圖10a和10b顯示驅動和傳感裝置的實驗裝置以及板彈簧截面的放大圖。兩個叉股106被附著到基部108，以及形成音叉。被形成為板彈簧的彈簧裝置103通過它的兩個出腳的每個出腳附著到音叉的叉股106。用作為電極的電觸點107被連接到例如涂敷以金的叉股106，和控制單元。通過可被集成在基部108的芯片中的控制與檢測單元，控制音叉(例如石英音叉)和檢測測量信號。
圖10a和圖10b所示的實驗裝置的示例性尺寸和數(shù)值為對于叉股長度2400μm，厚度130μm，寬度214μm；連接裝置長度437μm，厚度1μm，出腳的寬度65μm；尖端高度10μm；氮化硅板彈簧103在z軸方向(即離開平面方向)的彈簧常數(shù)為k＝0.066N/m。
圖11表示驅動和傳感裝置的頂視和側視圖，其中尖端202通過連接裝置203在三個點處被連接到音叉201。其前端部分被形成為U或V形板彈簧203的連接裝置被附著到例如被粘結或被焊接到音叉201的不同的叉股206，進而被附著到音叉201的基部207。帶有尖端202的板彈簧203的前端部分被設計為可以以與圖2的第一實施例中描述的相同的方式運動。板彈簧203的每個出腳205包括被形成為放大的區(qū)域208a，b的第一連接點，通過這個區(qū)域，每個出腳被附著到一個叉股。通過另一個連接點，出腳被附著到音叉的基部207。這個另一個連接點也被形成為放大的區(qū)域209，其連接出腳205，但不阻擋叉股206的運動。板彈簧203與音叉電絕緣，尖端被電連接到板彈簧203的后部。這優(yōu)選地是通過導電的板彈簧實現(xiàn)的。電觸點，例如電線210，被附著到該另一個連接點。通過電接觸，例如，可以把一個電位給予尖端，而不干擾用于音叉的驅動信號(未示出)。
連接裝置也可被成形為使得尖端的運動可以按照圖4或8所示的實施例被執(zhí)行，即主要沿x方向運動。這可以通過把出腳205附著到叉股的里面，形成第一連接點而實現(xiàn)。出腳的細長部分然后頭部指向音叉的基部207，其中它們優(yōu)選地在另一個連接點處被組合或被固定到基部。通過連接裝置的對稱設計，具體地，通過被附著到音叉的基部的另一個連接點，驅動和傳感裝置的Q因子沒有很大的改變。然而，也可以選擇將另一個連接點非對稱放置(所以是非對稱連接裝置)，以及另一個連接點可以與第一連接點相組合。
在圖12中，顯示了帶有尖端302且在三點連接到音叉的驅動和傳感裝置的另一個實施例的頂視和側視圖。這個實施例具體地是為用于掃描近場光顯微鏡，或其中需要或優(yōu)選從音叉的基部到尖端302的直接和/或直線連接的任何顯微鏡而設計的。被形成為U或V形板彈簧303的連接裝置的前端部分總的被設計成可以與分別在例如圖2和11的第一或第五實施例中描述的相同的方式進行運動。板彈簧303的兩個出腳305在第一連接點308a，b處被附著到音叉的兩個叉股306。從板彈簧303的尖端區(qū)域，連接部件310，類似于第三出腳，延伸到音叉的基部307。這個連接部件310在另一個連接點309處被固定到音叉的基部307，以及在基部307的整個寬度上延伸。在音叉的這個區(qū)域，通過外部裝置312可以進行被安排在板彈簧303上或安排在板彈簧303內(nèi)的波導311的基部光耦合313是可能的。這樣的外部裝置312，例如是光源、檢測器或光導引裝置，諸如激光器、光電二極管或光纖。連接裝置中的波導311例如可以是硅板彈簧303的氧化的部分，諸如SiO2層。在圖12上，尖端被顯示為板彈簧303的整體部分。尖端和波導311也可以分別為被固定在連接裝置的基礎連接部分310的單獨的部分。波導例如也可以是連接裝置的一個部分或沿著連接裝置(例如按圖11的連接裝置)中的一個出腳設置。被附著到連接裝置或作為連接裝置的一部分的尖端的指向方向不是沿著平行于或垂直于連接裝置的對稱軸，即在x或z方向的一個軸(不同于0°或90°的一個限定的角度)。也有可能使尖端和連接裝置具有與音叉的對稱軸成為非0°或90°的角度。為了能夠平行于表面進行掃描，這些角度可以在驅動裝置的某些其他部件中，例如，通過在音叉與連接裝置之間加上一個限定的角度或通過在懸臂與表面法線之間有一個限定的角度而被補償。
本發(fā)明并不限于附圖上所示的實施例。具有本發(fā)明的知識的專業(yè)人員還可自行設計這樣的驅動和傳感裝置。具體地，所顯示的連接裝置的形狀和對稱性或連接裝置的尖端的對稱位置只是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖上，尖端、連接裝置和音叉在所有可能的組合中通?；ハ啻怪被蚱叫?。另外，從音叉的基部到尖端的波導或任何其他連接部件優(yōu)選地被這樣引導，以使得連接裝置或整個音叉的對稱性被保留。然而，實施例不限于此。也有可能把尖端剛性地附著到叉形的裝置的兩個叉股。雖然失去音叉的共振特性的某些優(yōu)點，但仍舊有對稱的探測裝置的優(yōu)點以及不需要外部探測系統(tǒng)的優(yōu)點。
權利要求
1.用于掃描探測顯微鏡的驅動和傳感裝置，其包括包含兩個叉股(46，76，106，206，306)的音叉(21，31，41，61，81，91，201)以及帶有探測尖端(22，32，42，62，82，202，302)的連接裝置(23，33，43，63，83，93，103)，其中尖端(22，32，42，62，82，202，302)通過連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)被連接到音叉(21，31，41，61，81，91，201)的所述兩個叉股(46，76，106，206，306)。
2.如權利要求1所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，連接裝置(23，33，83，103)具有帶有限定的軸的形狀，該限定的軸基本上是所述連接裝置(23，33，83，103，203，303)的對稱軸，其中所述對稱軸被安排在音叉(21，31，81，201)的對稱軸上或平行于音叉(21，31，81，201)的對稱軸。
3.如權利要求1所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，連接裝置(43，63)具有帶有限定的軸的形狀，該限定的軸基本上是所述連接裝置(43，63)的對稱軸，其中所述對稱軸垂直于音叉(41，61)的對稱軸。
4.如權利要求2或3所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，尖端(62，82，202，302)的指向方向平行于連接裝置(63，83)的對稱軸。
5.如權利要求2或3所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，尖端(22，32，42，202，302)的指向方向垂直于連接裝置(23，33，43，103)的對稱軸。
6.如權利要求1或2所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，除了尖端到音叉(21，31，41，61，81，91，201)的兩個叉股(46，76，106，206，306)的所述連接以外，有另一個連接點(209，309)，在該另一個連接點通過連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)把探測尖端(22，32，42，202，302)連接到音叉(21，31，41，61，81，91，201)。
7.如權利要求1或3所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，除了尖端到音叉(21，31，41，61，81，91，201)的兩個叉股(46，76，106，206，306)的所述連接以外，有另一個連接點(209，309)，在該另一個連接點通過連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)把探測尖端(22，32，42，202，302)連接到音叉(21，31，41，61，81，91，201)。
8.如權利要求6或7所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，所述另一個連接點(209，309)被用作為用于把外部信號耦合到驅動和傳感裝置或耦合來自驅動和傳感裝置的信號耦合裝置，所述外部信號優(yōu)選地是與音叉(21，31，41，61，81，91，201)的驅動信號無關的。
9.如任何先前的權利要求所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，音叉(21，31，41，61，81，91，201)的運動通過所述連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)被變換成尖端(22，32，42，62，82，202，302)的運動。
10.如權利要求9所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，音叉(21，31，41，61，81，91，201)的叉股(46，76，106，206，306)運動的面不同于尖端(22，32，42，62，82，202，302)的運動的面。
11.如任何先前的權利要求所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，所述連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)相對于所述連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)的對稱軸或對稱面是對稱的。
12.如權利要求11所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，所述連接裝置(23，33，43，63，83，93，103)是U或V形的。
13.如任何先前的權利要求所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，所述連接裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)和尖端(22，32，42，62，82，202，302)包含相同的材料。
14.如任何先前的權利要求所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，所述連接裝置是彈簧裝置(23，33，43，63，83，93，103，203，303)。
15.如權利要求14所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，彈簧裝置是板彈簧或片彈簧(23，43，103，203，303)，堅固材料(63，83)的彈性線或帶條。
16.如權利要求15所述的驅動和傳感裝置，其特征在于，板彈簧(23，43，103)具有150-650μm的總長度和寬度w為30-100m的兩個出腳(25，35)，其中每個這些出腳(25，35)被附著到音叉(21，31，41，91)的叉股(46，106)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于掃描探測顯微鏡的驅動和傳感裝置。驅動和傳感裝置包括包含兩個叉股的音叉、連接裝置(23)例如彈簧裝置，和探測尖端(22)。尖端(22)通過所述連接裝置(23)被連接到音叉(21)的兩個叉股。音叉(21)被用作機械共振器來振動。叉股的運動通過連接裝置(23)被轉換成尖端(22)的運動，其中尖端運動可以是處在與叉股的運動平面不同的平面。
文檔編號H01J3/14GK1526142SQ02813963
公開日2004年9月1日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權日2001年5月11日
發(fā)明者T·阿基亞馬, T 阿基亞馬 申請人:納沙泰爾大學顯微技術研究所