專利名稱:掃描探針顯微鏡微型鏡盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種掃描探針顯微鏡，特別是一種適合超低溫、超高真空和超低噪音使用的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，屬于顯微鏡領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從1982年發(fā)明了第一臺(tái)掃描探針顯微鏡---掃描隧道顯微鏡(簡稱STM)以來，以其極高的分辨率(原子分辨率)，豐富的物理信息(樣品表面電子云密度信息)，以及低廉的造價(jià)，立刻得到了極為廣泛的應(yīng)用。不久，又出現(xiàn)了原子力顯微鏡，磁力顯微鏡等等。它們利用電致伸縮效應(yīng)的器件如電致伸縮步進(jìn)器及電致伸縮掃描管，使用相應(yīng)的探針對(duì)樣品表面掃描，以測量不同類型的樣品表面性質(zhì)，統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡。它現(xiàn)在已發(fā)展成一個(gè)很大的顯微鏡家庭。掃描探針顯微鏡近期的研究與應(yīng)用主要集中在超低溫，超高真空掃描探針顯微鏡的研制以及在這些極端的物理?xiàng)l件下用它們對(duì)樣品表面進(jìn)行測量。這時(shí)，如何最大限度地降低溫度，提高真空度，降低噪音和減少震動(dòng)干擾就成為當(dāng)前最迫切的需要。以往的掃描探針顯微鏡真空室一般設(shè)計(jì)得比較大，原因是真空室內(nèi)必須裝有機(jī)械手臂或其它一些傳動(dòng)裝置，以便在真空中切割制備樣品，得到新鮮的待測表面。這樣一來，真空就很難抽的很高。較大的真空室也使得室內(nèi)的溫度很難被降得很低。另外，震動(dòng)干擾和其它噪音都不太好控制。存在真空室體積大、重量重、攜帶不方便，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易漏氣、生產(chǎn)成本高等不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服上述掃描探針顯微鏡存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積太大、真空很難抽的很高、溫度很難被降得很低等不足之處，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)成本低、體積小、便于攜帶、便于抽高真空和/或降低溫度以及降低噪音的掃描探針顯微鏡微型鏡盒。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是在上述微型鏡盒的基礎(chǔ)上，在盒內(nèi)還可完成對(duì)樣品進(jìn)行真空切割，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)成本低、體積小、便于攜帶、便于抽高真空和/或降低溫度以及降低噪音的掃描探針顯微鏡微型鏡盒。
本實(shí)用新型的再一個(gè)目的是在上述微型鏡盒的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)多種掃描探針在微型鏡盒中的集成，既可一次性對(duì)樣品進(jìn)行多種不同類型探針的掃描，并可在盒內(nèi)對(duì)探針進(jìn)行真空更換，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)成本低、體積小、便于攜帶、便于抽高真空和/或降低溫度以及降低噪音的掃描探針顯微鏡微型鏡盒。
本實(shí)用新型目的可通過以下措施得以實(shí)現(xiàn)，該掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進(jìn)器、電致伸縮掃描管，還包括有盒體、盒蓋、樣品座、探針、探針架、通訊接口和抽氣孔，所述樣品座設(shè)在盒體內(nèi)壁上，通訊接口和抽氣孔設(shè)在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進(jìn)器經(jīng)彈簧片壓裝在盒體內(nèi)，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進(jìn)器上，探針架設(shè)在電致伸縮掃描管的前端，探針裝在探針架上，探針信號(hào)線和電致伸縮步進(jìn)器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
本實(shí)用新型的上述目的也可通過以下措施得以實(shí)現(xiàn)，該掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進(jìn)器、電致伸縮掃描管，還包括有盒體、盒蓋、樣品座、探針、探針架、通訊接口和抽氣孔，所述探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上，探針裝在探針架上，通訊接口和抽氣孔設(shè)在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進(jìn)器經(jīng)彈簧片壓裝在盒體內(nèi)，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進(jìn)器上，樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管的前端，探針信號(hào)線和電致伸縮步進(jìn)器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的可通過以下措施得以實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)主要是在上述微型鏡盒的基礎(chǔ)上，增設(shè)樣品切斷頂桿，對(duì)于樣品座設(shè)在盒體內(nèi)壁上而探針架設(shè)在電致伸縮掃描管前端的鏡盒，所述樣品切斷頂桿設(shè)在電致伸縮步進(jìn)器的前端。對(duì)于樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管前端而探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上的鏡盒，所述樣品切斷頂桿設(shè)在探針架附近的盒體內(nèi)壁上。
本實(shí)用新型的再一個(gè)目的可通過以下措施得以實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)主要是在上述微型鏡盒的基礎(chǔ)上，在探針附近的探針架上設(shè)有位置靠后的輔助探針，所述探針和輔助探針可選用掃描隧道顯微鏡探針和/或原子力顯微鏡探針和/或磁力顯微鏡探針。
本實(shí)用新型的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，由于其體積只受限于探針，電致伸縮步進(jìn)器，電致伸縮掃描管等少數(shù)小體積的組件，故而鏡盒的體積可做得很小，目前可做到小如香煙盒，由于體積小，對(duì)提高顯微鏡的真空度、降低溫度、對(duì)提高信噪比和信號(hào)穩(wěn)定性等都極為有利。當(dāng)探針被樣品碰斷時(shí)，可用位置靠后的輔助探針代替而繼續(xù)工作，還可在盒內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行真空切割，并能一次性完成對(duì)樣品進(jìn)行多種不同類型探針的掃描，具有結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)成本低、體積小、便于攜帶、便于抽高真空、降低溫度以及降低噪音等優(yōu)點(diǎn)，既適合掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、磁力顯微鏡等多種不同類型的掃描探針顯微鏡單獨(dú)使用，也適合掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡和磁力顯微鏡等多種不同類型的掃描探針顯微鏡組合使用。



附圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是增設(shè)有樣品切斷頂桿的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是增設(shè)有樣品切斷頂桿的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖1-4中的1是微型盒體、盒蓋經(jīng)密圈蓋在盒體上、2是樣品座、3是樣品、4是探針、5是探針架、6是電致伸縮步進(jìn)器、7是彈簧片、8是電致伸縮掃描管、9是通訊接口、10是抽氣孔。附圖3和圖4中的11是樣品切斷頂桿，12是樣品上的預(yù)斷尾桿。
附圖5是設(shè)有掃描隧道探針和輔助探針及其探針架的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是設(shè)有原子力探針和輔助探針及其探針架的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖7是設(shè)有磁力探針和輔助探針及其探針架的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8是掃描隧道探針、原子力探針和磁力探針的組合探針及其探針架的結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實(shí)施方式
參見附圖1，圖中的樣品座2設(shè)在盒體1內(nèi)壁上，通訊接口9和抽氣孔10設(shè)在盒體1上，電致伸縮步進(jìn)器6經(jīng)彈簧片7壓裝在盒體1內(nèi)，電致伸縮掃描管8的后端固定在電致伸縮步進(jìn)器6上，探針架5設(shè)在電致伸縮掃描管8的前端，探針4裝在探針架5上，探針4信號(hào)線和電致伸縮步進(jìn)器6控制線及電致伸縮掃描管8控制線與通訊接口9連接。使用時(shí)，將待測樣品3裝在盒體1內(nèi)的樣品座2上，將所用探針4裝在探針架5上，蓋好密封盒蓋。抽氣孔10與真空泵連接，通訊接口9的探針信號(hào)線與顯微鏡連接，通訊接口9的電致伸縮步進(jìn)器控制線及電致伸縮掃描管控制線分別與盒外的掃描控制電路連接。上述鏡盒中的樣品座2與探針架5的安裝位置也可相互對(duì)調(diào)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，此時(shí)的探針架5改設(shè)在盒體1內(nèi)壁上，樣品座2改設(shè)在電致伸縮掃描管8的前端即可。使用前，先將樣品3裝在樣品座2上，將所用探針4裝在探針架5上，蓋好密封蓋即可。使用時(shí)，鏡盒可置于液氦容器中或用絕熱去磁制冷或用(He3+He4)稀釋制冷等方法，使樣品在超高真空和/或低溫、超低溫以及超低噪音環(huán)境中檢測。工作時(shí)，用電致伸縮步進(jìn)器6使探針走向樣品或使樣品走向探針而實(shí)現(xiàn)探針與樣品之間的距離即Z方向的粗調(diào)，用電致伸縮掃描管8再對(duì)探針與樣品之間的距離即Z方向的細(xì)調(diào)，然后即可用電致伸縮掃描管8逐行移動(dòng)探針或樣品使探針對(duì)樣品表面進(jìn)行X和Y方向的掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行掃描檢測。
對(duì)于需要在真空中切割樣品以得到新鮮的樣品表面時(shí)，可在樣品上增加預(yù)斷尾桿12，并相應(yīng)增設(shè)有樣品切斷頂桿11。對(duì)于樣品座設(shè)在盒體內(nèi)壁上而探針架設(shè)在電致伸縮掃描管的前端的鏡盒，所述樣品切斷頂桿11設(shè)在電致伸縮步進(jìn)器的前端，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。工作時(shí)，電致伸縮步進(jìn)器6使探針走向樣品的過程中用樣品切斷頂桿11將預(yù)斷尾桿12頂?shù)?，完成?duì)樣品的切割，使樣品3在真空環(huán)境中露出新鮮的待測表面。對(duì)于樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管的前端而探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上的鏡盒，所述樣品切斷頂桿11設(shè)在探針架附近的盒體內(nèi)壁上，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。工作時(shí)，電致伸縮步進(jìn)器6帶動(dòng)電致伸縮掃描管8使樣品走向探針的過程中也使預(yù)斷尾桿12靠近樣品切斷頂桿11而被樣品切斷頂桿11頂?shù)?，完成?duì)樣品的切割，使樣品3在真空環(huán)境中露出新鮮的待測表面。代替了用機(jī)械手臂或其它相關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)樣品進(jìn)行切割的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
因?yàn)樘结樂浅＜?xì)小，在使用時(shí)有可能損壞，可在探針架5上的探針4附近設(shè)有輔助探針13(其探針類型和探針4相同)，其結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。使用時(shí)，如探針4被碰壞，可將位置靠后的輔助探針13經(jīng)電致伸縮步進(jìn)器和電致伸縮掃描管重新調(diào)整到位，對(duì)于樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管前端而探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上的鏡盒，如探針4被碰壞，可經(jīng)電致伸縮步進(jìn)器和電致伸縮掃描管將樣品座上的樣品重新調(diào)整到位，再用外部電路將輔助探針的信號(hào)線與掃描探針顯微鏡連接即可。代替了用機(jī)械手臂或其它相關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)裝置對(duì)探針進(jìn)行更換的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。所述探針和輔助探針可選用掃描隧道顯微鏡探針(如圖5所示)或原子力顯微鏡探針(如圖6所示)或磁力顯微鏡探針(如圖7所示)。
如需對(duì)樣品一次性進(jìn)行多種探針掃描時(shí)，可將掃描完畢的探針在樣品上主動(dòng)頂斷，再將位置靠后的另一其它類型探針經(jīng)電致伸縮步進(jìn)器和電致伸縮掃描管重新調(diào)整到位，對(duì)于樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管前端而探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上的鏡盒，可將掃描完畢的探針用樣品主動(dòng)頂斷，再經(jīng)電致伸縮步進(jìn)器和電致伸縮掃描管將樣品座上的樣品重新調(diào)整到位，此時(shí)，只需用外部電路將此探針的信號(hào)線與顯微鏡連接即可完成對(duì)樣品一次性進(jìn)行多種不同類型探針的掃描。所述探針可選用掃描隧道顯微鏡探針和/或原子力顯微鏡探針和/或磁力顯微鏡探針(如圖8所示)。
權(quán)利要求
1.一種掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進(jìn)器、電致伸縮掃描管、其特征在于還包括有盒體、盒蓋、樣品座、探針、探針架、通訊接口及抽氣孔，所述樣品座設(shè)在盒體內(nèi)壁上，通訊接口和抽氣孔設(shè)在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進(jìn)器經(jīng)彈簧片壓裝在盒體內(nèi)，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進(jìn)器上，探針架設(shè)在電致伸縮掃描管的前端，探針裝在探針架上，探針信號(hào)線和電致伸縮步進(jìn)器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
2.如權(quán)利要求
1所述的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，其特征在于還包括有樣品切斷頂桿，所述樣品切斷頂桿設(shè)在電致伸縮步進(jìn)器的前端。
3.一種掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進(jìn)器、電致伸縮掃描管、其特征在于還包括有盒體、盒蓋、樣品座、探針、探針架、通訊接口及抽氣孔，所述探針架設(shè)在盒體內(nèi)壁上，探針裝在探針架上，通訊接口和抽氣孔設(shè)在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進(jìn)器經(jīng)彈簧片壓裝在盒體內(nèi)，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進(jìn)器上，樣品座設(shè)在電致伸縮掃描管的前端，探針信號(hào)線和電致伸縮步進(jìn)器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
4.如權(quán)利要求
3所述的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，其特征在于還包括有樣品切斷頂桿，所述樣品切斷頂桿設(shè)在探針架附近的盒體內(nèi)壁上。
5.如權(quán)利要求
1或2或3或4所述的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，其特征在于在探針附近的探針架上設(shè)有位置靠后的輔助探針，所述探針和輔助探針可選用掃描隧道顯微鏡探針和/或原子力顯微鏡探針和/或磁力顯微鏡探針。
專利摘要
本實(shí)用新型涉及掃描探針顯微鏡領(lǐng)域的一種掃描探針顯微鏡微型鏡盒，其結(jié)構(gòu)包括電致伸縮步進(jìn)器、電致伸縮掃描管、盒體、盒蓋、樣品座、探針、探針架、通訊接口及抽氣孔，還包括有樣品切斷頂桿及輔助探針，所述探針和輔助探針可選用掃描隧道顯微鏡探針和/或原子力顯微鏡探針和/或磁力顯微鏡探針。具有結(jié)構(gòu)簡單合理、生產(chǎn)成本低、體積小如香煙盒、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高真空度、降低溫度、提高信噪比和信號(hào)穩(wěn)定性等都極為有利?？稍诤袃?nèi)對(duì)樣品進(jìn)行真空切割和在真空中更換探針，并能一次性完成對(duì)樣品進(jìn)行多種不同類型探針的掃描，既適合掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、磁力顯微鏡單獨(dú)使用，也適合掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡和磁力顯微鏡組合使用。
文檔編號(hào)G01Q30/18GKCN2746386SQ200420109593
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年11月29日
發(fā)明者陸輕鋰, 陸輕銥, 高峰, 陸輕鈾 申請(qǐng)人:陸輕鋰導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan