一種掃描激光顯微鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃描激光顯微鏡，包括恒溫器、三維位移平臺、光學系統(tǒng)和電學系統(tǒng)；在所述的恒溫器內(nèi)設有恒溫源，所述的恒溫源與氮流或氦流連通；在所述的恒溫器內(nèi)底座上設三維位移平臺，光學系統(tǒng)的末端設在三維位移平臺上，樣品安裝在恒溫源上；電學系統(tǒng)通過設在恒溫器上的電學接口為恒溫器內(nèi)提供工作所需的電學條件。該掃描激光顯微鏡，能夠用于研究尺寸小、工作溫度有一定要求的器件內(nèi)部發(fā)生的熱學和電學相關的物理現(xiàn)象，滿足使用需求。將位移平臺集成在恒溫器內(nèi)部，減少了設備的體積。通過恒溫器上的各窗口，可在測量樣品內(nèi)存電學參量分布的同時，測量外部的電磁輻射，具有很好的實用性。
【專利說明】 一種掃描激光顯微鏡

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于用于研究微觀機理的小型設備【技術領域】，具體涉及一種掃描激光顯微鏡。

【背景技術】
[0002]隨著微加工技術的發(fā)展，電子元器件的尺寸已經(jīng)到了微米甚至是納米量級。由于器件尺度的減小，無論是基于半導體材料，還是基于超導材料的電子器件，其內(nèi)部存在的熱現(xiàn)象都對器件工作狀態(tài)有著重要的影響。某些特殊的電子器件，由其材料決定，必須工作在極端條件下(如基于超導材料的超導電子器件需工作在低溫環(huán)境)，這時熱效應的影響就更加顯著。在利用這些器件宏觀效應(如基于BSCCO高溫超導材料的太赫茲輻射源)的同時，希望能更深入地研究這些器件工作的微觀機制，其內(nèi)部的自熱現(xiàn)象，電磁場的分布等影響器件表現(xiàn)的各種因素。然而這些電子器件的尺寸和工作溫度條件，給研究其內(nèi)部的微觀機制提出了苛刻的要求?，F(xiàn)有的研究設備，還不能完全滿足使用需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種掃描激光顯微鏡，使其能夠用于研究小尺寸、對工作溫度有一定要求的器件內(nèi)部發(fā)生的熱學和電學相關的物理現(xiàn)象，滿足使用需求。
[0004]技術方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
一種掃描激光顯微鏡，包括恒溫器、三維位移平臺、光學系統(tǒng)和電學系統(tǒng)；在所述的恒溫器內(nèi)設有恒溫源，所述的恒溫源與氮流或氦流連通；在所述的恒溫器內(nèi)底座上設三維位移平臺，光學系統(tǒng)的末端設在三維位移平臺上，樣品安裝在恒溫源上；電學系統(tǒng)通過設在恒溫器上的電學接口為恒溫器內(nèi)提供工作所需的電學條件。
[0005]在所述的恒溫器上設有用于對樣品表面進行加熱的光學系統(tǒng)的光學接口。
[0006]在所述的恒溫器上設有用于輻射的輻射窗口。
[0007]所述的三維位移平臺由X、Y、Z三個方向的位移器構成，整體的尺寸為15mmX 15mmX 30mm,三個軸的最高位移精度在nm量級,最大位移距離為mm量級。
[0008]所述的光學系統(tǒng)將激光從恒溫器外部引入恒溫器內(nèi)，并聚焦到樣品表面，從而對樣品局部或整體進行加熱。
[0009]有益效果:與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點包括:該掃描激光顯微鏡，能夠用于研究尺寸小、工作溫度低的器件內(nèi)部發(fā)生的熱學和電學相關的物理現(xiàn)象，滿足使用需求。將位移平臺集成在恒溫器內(nèi)部，減少了設備的體積。通過恒溫器上的各窗口，可在測量樣品內(nèi)存電學參量分布的同時，測量外部的電磁輻射，具有很好的實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是掃描激光顯微鏡的結構示意圖；
圖2是光學系統(tǒng)的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0012]如圖1所示，掃描激光顯微鏡，主要結構部件包括恒溫器1、三維位移平臺2、光學系統(tǒng)3和電學系統(tǒng)4 (現(xiàn)有)。在恒溫器I內(nèi)設有恒溫源6，恒溫源6與氮流或氦流8連通，樣品安裝在恒溫源6上。在恒溫器I內(nèi)底座7上設三維位移平臺2，光學系統(tǒng)3的末端設在三維位移平臺2上，電學系統(tǒng)4通過設在恒溫器I上的電學接口 9為恒溫器I內(nèi)提供工作所需的電學條件。
[0013]恒溫器1，用于提供從4.2K至室溫的所需的工作溫度環(huán)境。工作時通以液氮或氦流8，通過控制流速和恒溫器I內(nèi)部的加熱器來達到所需的工作溫度。恒溫器I上設有用于引入電學信號的電學接口 9、用于對樣品表面進行加熱的光學系統(tǒng)的光學接口 10、以及用于電磁福射的福射窗口 5。
[0014]三維位移平臺2，由X、Y、Z三個方向的位移器構成，整體的尺寸約為15mmX 15mmX 30mm,三個軸的最高位移精度在nm量級,最大位移距離為mm量級。三維位移平臺2固定在恒溫器I內(nèi)部的底座7上，三維位移平臺2與光學系統(tǒng)3末端連接。
[0015]如圖2所示，光學系統(tǒng)3，包括激光器31、環(huán)行器32、光電探測器33、光纖34和漸變折射率棱鏡35。激光器31、光電探測器33和光纖34均與環(huán)行器32相連，漸變折射率棱鏡35與光纖34相連。其中，漸變折射率棱鏡35設在掃描激光顯微鏡的恒溫器I內(nèi)部,環(huán)行器32設在掃描激光顯微鏡的恒溫器2外部,通過光纖34連接。激光器31,產(chǎn)生掃描激光顯微鏡工作所需的激光。環(huán)行器32，用于隔離激光器出射的激光和從樣品上反射的激光。從激光器出射的激光通過環(huán)形器耦合至光纖中，從樣品上反射的激光經(jīng)環(huán)形器耦合到光電探測器上。光電探測器33，用于檢測從樣品上反射的激光強度。光纖34，用于將傳輸激光，將從環(huán)形器耦合進入的激光傳輸至漸變折射率棱鏡中。漸變折射率棱鏡35，用于匯聚，從光纖上耦合進入的發(fā)散的激光。激光器31出射的激光通過環(huán)形器32、光纖34、漸變折射率棱鏡35后，可得到大小約為I微米的光斑，該光斑可對樣品進行局部加熱，從而觀察樣品的熱學和電學信號。從樣品表面反射的激光經(jīng)漸變折射率棱鏡35、光纖34、環(huán)行器32后,被光電探測器33接受，由此可得到樣品表面的光學成像。
[0016]該掃描激光顯微鏡，工作時，首先將恒溫器的溫度調(diào)控到器件工作所需的值，電學信號(電流偏置或是電壓偏置)從恒溫器的電學接口 9引入到恒溫器I內(nèi)部，從而給樣品提供工作所需的電學條件。同時可通過電學接口 9讀出偏置之外的另一個電學參量，從而實現(xiàn)對器件的電學方面的研究。恒溫器I外部的激光器31發(fā)出的激光，通過光學系統(tǒng)3引入恒溫器I內(nèi)，并照射在樣品表面以對樣品進行局部或全局加熱。通過控制三維位移平臺2移動光學系統(tǒng)3末端,在不移動樣品的情況下,讓激光對樣品表面進行全局或局部掃描，同時檢測樣品上電學信號的變化，達到觀察器件內(nèi)部電學量和熱學量分布的目的。
[0017]在恒溫器I上還配有輻射窗口 5，對于存在電磁輻射(或吸收)的器件，可以同時研究其輻射(或吸收)特性和電學以及熱學現(xiàn)象之間的關系。
【權利要求】
1.一種掃描激光顯微鏡,其特征在于:包括恒溫器(I)、三維位移平臺(2)、光學系統(tǒng)(3)和電學系統(tǒng)(4);在所述的恒溫器(I)內(nèi)設有恒溫源(6)，所述的恒溫源(6)與氮流或氦流(8)連通；在所述的恒溫器(I)內(nèi)底座(7)上設三維位移平臺(2)，光學系統(tǒng)(3)的末端設在三維位移平臺(2)上，樣品安裝在恒溫源(6)上；電學系統(tǒng)(4)通過設在恒溫器(I)上的電學接口(9)為恒溫器(I)內(nèi)提供工作所需的電學條件。
2.根據(jù)權利要求1所述的掃描激光顯微鏡，其特征在于:在所述的恒溫器(I)上設有用于對樣品表面進行加熱的光學系統(tǒng)(3)的光學接口(10)。
3.根據(jù)權利要求1所述的掃描激光顯微鏡，其特征在于:在所述的恒溫器(I)上設有用于輻射的輻射窗口(5)。
4.根據(jù)權利要求1所述的掃描激光顯微鏡，其特征在于:所述的三維位移平臺(2)由X、Y、Z三個方向的位移器構成,整體的尺寸為15mmX 15mmX30mm,三個軸的最高位移精度在nm量級,最大位移距離為mm量級。
5.根據(jù)權利要求1所述的掃描激光顯微鏡，其特征在于:所述的光學系統(tǒng)(3)包括激光器(I)、環(huán)行器(2)、光電探測器(3)、光纖(4)和漸變折射率棱鏡(5);所述的激光器(I)、光電探測器(3)和光纖(4)均與環(huán)行器(2)相連，所述的漸變折射率棱鏡(5)與光纖(4)相連。
6.根據(jù)權利要求1所述的掃描激光顯微鏡，其特征在于:所述的漸變折射率棱鏡(5)設在掃描激光顯微鏡的恒溫器內(nèi)部，所述的環(huán)行器(2 )設在掃描激光顯微鏡的恒溫器外部。
【文檔編號】G01N21/17GK104374701SQ201410694312
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權日:2014年11月27日
【發(fā)明者】王華兵, 袁潔, 周憲靖, 吳培亨 申請人:南京大學