專利名稱:一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，包括底座，底座上設(shè)有樣品臺，樣品臺上端均勻設(shè)有若干固定架，固定架上端設(shè)有掃描探頭，掃描探頭內(nèi)部設(shè)有與探針相匹配的探針架，樣品臺設(shè)置于探針架的前端，樣品臺內(nèi)部設(shè)有可進(jìn)行三維移動的樣品移動裝置，樣品移動裝置內(nèi)設(shè)有掃描器，掃描器設(shè)置連接有位于樣品移動裝置內(nèi)的Z向移動導(dǎo)軌，樣品移動裝置設(shè)有控制裝置。本實用新型的有益效果為：結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，通過將掃描探頭與樣品臺的結(jié)構(gòu)一體化，使得兩者之間結(jié)構(gòu)回路縮短，有效降低了探針與樣品之間的機械噪音，提高了儀器的精度和抗干擾性；另外在樣品趨近時，樣品能夠完全垂直的接近探針，實現(xiàn)了對樣品掃描區(qū)域的精確定位。
【專利說明】一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]掃描探針顯微鏡(SPM)是通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件(一般稱之為掃描探針)之間的極微弱的原子間相互作用力來研宄物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時微小針尖將與樣品相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運動狀態(tài)發(fā)生變化；掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，而工作中通常是利用激光檢測法測得微懸臂對應(yīng)于掃描各點的位置變化，從而以納米級分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息的。由此可知，要使得掃描探針和待測樣品之間產(chǎn)生原子間作用力，工作時，必須使掃描探針自動趨近到樣品表面，且兩者之間不能觸碰需維持一個恒定的距離，且這個距離的長度是納米級的，對掃描探針與樣品之間趨近的穩(wěn)定性要求很高。
[0003]當(dāng)前所有的掃描探針顯微鏡探針與樣品的趨近方法都是:保持樣品的位置不變，采用伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動掃描探頭(裝有探針)接近樣品的趨近方式。
[0004]采用這種趨近方式，掃描探頭與樣品臺之間都是分離式的結(jié)構(gòu)，常用的有兩種結(jié)構(gòu)裝置:一種是掃描探頭與樣品臺之間通過三角支撐螺桿相連，在探針趨近樣品時，由于無法保證三角支撐螺桿的同步性，一般先控制其中兩個支撐架下降到一定位置，再控制第三個支撐架下降，使探針最終接近樣品；因此這種結(jié)構(gòu)裝置存在的缺點是由于探針趨近樣品時并不是垂直下降的，探針趨近后，樣品掃描區(qū)域會偏移，難以實現(xiàn)樣品掃描區(qū)域的精確定位；還有一種是掃描探頭與樣品臺之間通過懸臂梁結(jié)構(gòu)相連，兩者之間呈一個倒U形；在探針趨近樣品時，只需控制懸臂梁的下降使探針接近樣品即可；這種結(jié)構(gòu)裝置雖然能使探針垂直接近樣品，但由于探針與樣品之間結(jié)構(gòu)回路長，機械噪音增大，穩(wěn)定性也隨之降低。
[0005]基于以上所述，現(xiàn)有的掃描探針顯微鏡探針與樣品趨近方式存在著諸多的缺陷與限制，為解決這些問題，現(xiàn)在急需開發(fā)一種新型的掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近方法。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是提供一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，以克服目前現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，包括底座，所述底座上設(shè)有樣品臺，所述樣品臺上端均勻設(shè)有若干固定架，所述固定架上端設(shè)有掃描探頭，所述掃描探頭內(nèi)部設(shè)有與探針相匹配的探針架，所述樣品臺設(shè)置于所述探針架的前端，并且所述樣品臺內(nèi)部設(shè)有可進(jìn)行三維移動的樣品移動裝置，所述樣品移動裝置內(nèi)設(shè)有掃描器，所述掃描器連接有位于所述樣品移動裝置內(nèi)部的Z向移動導(dǎo)軌，并且所述樣品移動裝置還設(shè)有相匹配的控制裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述控制裝置包括控制樣品移動裝置進(jìn)行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置在Z向移動導(dǎo)軌內(nèi)移動的微型伺服電機，所述微型伺服電機設(shè)置于所述Z向移動導(dǎo)軌的下端。
[0010]優(yōu)選的，所述固定架的數(shù)目為三個。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述三個固定架呈三角形排布。
[0012]一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近方法，包括以下步驟:
[0013]將待檢測的探針固定在探針架上，然后保持探針的位置不變；
[0014]將待測的樣品放置在樣品臺上端的掃描器上，通過控制裝置控制樣品移動裝置在水平方向和Z向軌道內(nèi)進(jìn)行移動，直到移動到與探針達(dá)到預(yù)計的位置處停止。
[0015]進(jìn)一步的，所述控制裝置包括控制樣品移動裝置進(jìn)行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置在Z向移動導(dǎo)軌內(nèi)移動的微型伺服電機，所述微型伺服電機設(shè)置于所述Z向移動導(dǎo)軌的下端。
[0016]優(yōu)選的，所述固定架的數(shù)目為三個。
[0017]優(yōu)選的，所述三個固定架呈三角形排布。
[0018]本實用新型的有益效果為:本裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，通過將掃描探頭與樣品臺的結(jié)構(gòu)集成一體，使得兩者之間結(jié)構(gòu)回路縮短，極大的降低了探針與樣品之間的機械噪音，提高了儀器的精度和抗干擾性；另外在樣品趨近時，樣品能夠完全垂直的接近探針，實現(xiàn)了對樣品掃描區(qū)域的精確定位，進(jìn)而提高了測量的精確度，有效的提高了裝置的實用性，有利于市場的推廣與應(yīng)用。

【附圖說明】

[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是根據(jù)本實用新型實施例所述的一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:
[0022]1、掃描探頭；2、固定架；3、樣品臺；4、樣品移動裝置；5、掃描器；6、Z向移動導(dǎo)軌；7、微型伺服電機；8、探針架；9、底座。

【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0024]如圖1所示，根據(jù)本實用新型實施例的一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，包括底座9，所述底座9上設(shè)有樣品臺3，所述樣品臺3上端均勻設(shè)有若干固定架2，所述固定架2上端設(shè)有掃描探頭1，所述掃描探頭I內(nèi)部設(shè)有與探針相匹配的探針架8，所述樣品臺3設(shè)置于所述探針架8的前端，并且所述樣品臺3內(nèi)部設(shè)有可進(jìn)行三維移動的樣品移動裝置4，所述樣品移動裝置4內(nèi)設(shè)有掃描器5，所述掃描器5連接有位于所述樣品移動裝置4內(nèi)部的Z向移動導(dǎo)軌6，并且所述樣品移動裝置4還設(shè)有相匹配的控制裝置；其中，所述樣品臺3與所述掃描探頭I的結(jié)構(gòu)為一整體。
[0025]所述控制裝置包括控制樣品移動裝置4進(jìn)行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置4在Z向移動導(dǎo)軌6內(nèi)移動的微型伺服電機7，所述微型伺服電機7設(shè)置于所述Z向移動導(dǎo)軌6的下端。
[0026]所述固定架2的數(shù)目為三個；所述三個固定架2呈三角形排布。
[0027]一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品的趨近方法，包括以下步驟:
[0028]將待檢測的探針固定在探針架8上，然后保持探針的位置不變；
[0029]將待測的樣品放置在樣品臺3上端的掃描器5上，通過控制裝置控制樣品移動裝置4在水平方向和Z向軌道內(nèi)進(jìn)行移動，直到移動到與探針達(dá)到預(yù)計的位置處停止。
[0030]所述控制裝置包括控制樣品移動裝置4進(jìn)行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置4在Z向移動導(dǎo)軌6內(nèi)移動的微型伺服電機7，所述微型伺服電機7設(shè)置于所述Z向移動導(dǎo)軌6的下端。
[0031]所述固定架2的數(shù)目為三個；所述三個固定架2呈三角形排布。
[0032]其中，本裝置中的樣品移動裝置4是一個三維移動結(jié)構(gòu)，通過手動控制器可控制所述樣品移動裝置4進(jìn)行水平方向上移動，通過微型伺服電機7可以控制所述樣品移動裝置4在Z向進(jìn)行移動，進(jìn)而是吸納了樣品移動裝置4在X、Y和Z三個方向的自由移動，其中，在Z向即垂直方向上，是通過微型伺服電機7傳動所述Z向移動導(dǎo)軌6，從而帶動所述掃描器5的升降，由于樣品是放置在掃描器5上，這也就帶動了樣品的升降；通過控制所述微型伺服電機7的轉(zhuǎn)動就能控制樣品與探針之間的垂直趨近與離開。
[0033]另外，本裝置所采用的趨近方法是保持探針的位置不變，采用伺服電機7驅(qū)動樣品裝置接近探針的趨近方式，其中對于探針與樣品之間的趨近是一個相對的運動，從理論上講，探針趨近樣品和樣品趨近探針其結(jié)果是一樣的，只是運動方式不一樣而已，但是本方法采用了樣品趨近探針的趨近方式，并將掃描探頭I與樣品臺2結(jié)構(gòu)設(shè)計成一體，兩者固定在一起，不僅探針與樣品結(jié)構(gòu)回路短，而且抗外界震動干擾能力大大增強。
[0034]具體使用時，所述掃描探頭I固定在所述固定架2的上面，所述固定架2有三個，呈三角形結(jié)構(gòu)排布，同時固定在所述樣品臺3的上面；所述掃描探頭I的內(nèi)部設(shè)有用于安裝探針的探針架8 ;所述樣品移動裝置4固定在所述樣品臺3的內(nèi)部，所述樣品移動裝置4是一個三維移動結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部還設(shè)有所述掃描器5以及與所述掃描器5連接的Z向移動導(dǎo)軌6，所述Z向移動導(dǎo)軌6連接有位于樣品臺3下端的微型伺服電機7 ;所述掃描器5的上面可以放置待測的樣品，由于掃描器5上嵌入有一個小型的磁鋼，待測樣品通過磁鋼的吸力可以牢牢的吸附在所述掃描器5上面；所述樣品移動裝置4可使樣品在Χ、Υ、Ζ三個方向自由的移動，其中水平方向是手動控制樣品裝置的移動。但是在垂直方向，是通過所述微型伺服電機7傳動所述Z向移動導(dǎo)軌6從而帶動所述掃描器5的升降，由于樣品是放置在所述掃描器5上的，這也就帶動了樣品的升降。
[0035]在本實用新型實施例所述的探針與樣品趨近裝置中，探針的位置是始終保持不變的，工作時通過電腦控制所述微型伺服電機7的轉(zhuǎn)動就能控制樣品自動接近探針或者離開探針的動作，由于掃描探頭I與樣品臺3是牢牢的固定在一起，而不是簡單的放置在上面，兩者的結(jié)構(gòu)形成一體，這樣不僅探針與樣品結(jié)構(gòu)回路短，機械噪音低，而且抗外界震動干擾能力大大增強；同時樣品趨近時，樣品能夠完全垂直的接近探針，也能夠?qū)崿F(xiàn)樣品掃描區(qū)域的精確定位。
[0036]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，包括底座(9)，其特征在于，所述底座(9)上設(shè)有樣品臺(3)，所述樣品臺(3)上端均勻設(shè)有若干固定架(2)，所述固定架(2)上端設(shè)有掃描探頭(1)，所述掃描探頭(I)內(nèi)部設(shè)有與探針相匹配的探針架(8)，所述樣品臺(3)設(shè)置于所述探針架(8)的前端，并且所述樣品臺(3)內(nèi)部設(shè)有可進(jìn)行三維移動的樣品移動裝置(4)，所述樣品移動裝置(4)內(nèi)設(shè)有掃描器(5)，所述掃描器(5)連接有位于所述樣品移動裝置(4)內(nèi)部的Z向移動導(dǎo)軌(6)，并且所述樣品移動裝置(4)還設(shè)有相匹配的控制裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，其特征在于，所述控制裝置包括控制樣品移動裝置(4)進(jìn)行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置(4)在Z向移動導(dǎo)軌(6)內(nèi)移動的微型伺服電機(7)，所述微型伺服電機(7)設(shè)置于所述Z向移動導(dǎo)軌(6)的下端。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，其特征在于，所述固定架(2)的數(shù)目為三個。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，其特征在于，所述三個固定架(2)呈三角形排布。
【文檔編號】G01Q30-00GK204287229SQ201420713051
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