專利名稱:掃描探針顯微鏡微型鏡盒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明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，屬于顯微鏡領域。
背景技術：
自從1982年發(fā)明了第一臺掃描探針顯微鏡---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，立刻得到了極為廣泛的應用。不久，又出現了原子力顯微鏡，磁力顯微鏡等等。它們利用電致伸縮效應的器件如電致伸縮步進器及電致伸縮掃描管，使用相應的探針對樣品表面掃描，以測量不同類型的樣品表面性質，統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡。它現在已發(fā)展成一個很大的顯微鏡家庭。掃描探針顯微鏡近期的研究與應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條件下用它們對樣品表面進行測量。這時，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干擾就成為當前最迫切的需要。以往的掃描探針顯微鏡真空室一般設計得比較大，原因是真空室內必須裝有機械手臂或其它一些傳動裝置，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的溫度很難被降得很低。另外，震動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，結構復雜、容易漏氣、生產成本高等不足之處。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服上述掃描探針顯微鏡存在結構復雜、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，設計一種結構簡單合理、生產成本低、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。
本發(fā)明的另一個目的是在上述微型鏡盒的基礎上，在盒內還可完成對樣品進行真空切割，設計一種結構簡單合理、生產成本低、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。
本發(fā)明的再一個目的是在上述微型鏡盒的基礎上，可實現多種掃描探針在微型鏡盒中的集成，既可一次性對樣品進行多種不同類型探針的掃描，并可在盒內對探針進行真空更換，設計一種結構簡單合理、生產成本低、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。
本發(fā)明目的可通過以下措施得以實現，該掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進器、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，所述樣品座設在盒體內壁上，通訊接口和抽氣孔設在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進器經彈簧片壓裝在盒體內，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進器上，探針架設在電致伸縮掃描管的前端，探針裝在探針架上，探針信號線和電致伸縮步進器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
本發(fā)明的上述目的也可通過以下措施得以實現，該掃描探針顯微鏡微型鏡盒，包括電致伸縮步進器、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，所述探針架設在盒體內壁上，探針裝在探針架上，通訊接口和抽氣孔設在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進器經彈簧片壓裝在盒體內，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進器上，樣品座設在電致伸縮掃描管的前端，探針信號線和電致伸縮步進器控制線及電致伸縮掃描管控制線與通訊接口連接。
本發(fā)明的另一個目的可通過以下措施得以實現，其結構主要是在上述微型鏡盒的基礎上，增設樣品切斷頂桿，對于樣品座設在盒體內壁上而探針架設在電致伸縮掃描管前端的鏡盒，所述樣品切斷頂桿設在電致伸縮步進器的前端。對于樣品座設在電致伸縮掃描管前端而探針架設在盒體內壁上的鏡盒，所述樣品切斷頂桿設在探針架附近的盒體內壁上。
本發(fā)明的再一個目的可通過以下措施得以實現，其結構主要是在上述微型鏡盒的基礎上，在探針附近的探針架上設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。
本發(fā)明的掃描探針顯微鏡微型鏡盒，由于其體積只受限于探針，電致伸縮步進器，電致伸縮掃描管等少數小體積的組件，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，對提高顯微鏡的真空度、降低溫度、對提高信噪比和信號穩(wěn)定性等都極為有利。當探針被樣品碰斷時，可用位置靠后的輔助探針代替而繼續(xù)工作，還可在盒內對樣品進行真空切割，并能一次性完成對樣品進行多種不同類型探針的掃描，具有結構簡單合理、生產成本低、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，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是本發(fā)明實施例中的一種結構示意圖；附圖2是本發(fā)明實施例中的另一種結構示意圖；附圖3是增設有樣品切斷頂桿的一種結構示意圖；附圖4是增設有樣品切斷頂桿的另一種結構示意圖；附圖1-4中的1是微型盒體、盒蓋經密圈蓋在盒體上、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是樣品上的預斷尾桿。
附圖5是設有掃描隧道探針和輔助探針及其探針架的結構示意圖；附圖6是設有原子力探針和輔助探針及其探針架的結構示意圖；附圖7是設有磁力探針和輔助探針及其探針架的結構示意圖；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構示意圖；具體實施方式
參見附圖1，圖中的樣品座2設在盒體1內壁上，通訊接口9和抽氣孔10設在盒體1上，電致伸縮步進器6經彈簧片7壓裝在盒體1內，電致伸縮掃描管8的后端固定在電致伸縮步進器6上，探針架5設在電致伸縮掃描管8的前端，探針4裝在探針架5上，探針4信號線和電致伸縮步進器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，將待測樣品3裝在盒體1內的樣品座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的探針信號線與顯微鏡連接，通訊接口9的電致伸縮步進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調，其結構如圖2所示，此時的探針架5改設在盒體1內壁上，樣品座2改設在電致伸縮掃描管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，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，用電致伸縮步進器6使探針走向樣品或使樣品走向探針而實現探針與樣品之間的距離即Z方向的粗調，用電致伸縮掃描管8再對探針與樣品之間的距離即Z方向的細調，然后即可用電致伸縮掃描管8逐行移動探針或樣品使探針對樣品表面進行X和Y方向的掃描，實現對樣品進行掃描檢測。
對于需要在真空中切割樣品以得到新鮮的樣品表面時，可在樣品上增加預斷尾桿12，并相應增設有樣品切斷頂桿11。對于樣品座設在盒體內壁上而探針架設在電致伸縮掃描管的前端的鏡盒，所述樣品切斷頂桿11設在電致伸縮步進器的前端，其結構如圖3所示。工作時，電致伸縮步進器6使探針走向樣品的過程中用樣品切斷頂桿11將預斷尾桿12頂掉，完成對樣品的切割，使樣品3在真空環(huán)境中露出新鮮的待測表面。對于樣品座設在電致伸縮掃描管的前端而探針架設在盒體內壁上的鏡盒，所述樣品切斷頂桿11設在探針架附近的盒體內壁上，其結構如圖4所示。工作時，電致伸縮步進器6帶動電致伸縮掃描管8使樣品走向探針的過程中也使預斷尾桿12靠近樣品切斷頂桿11而被樣品切斷頂桿11頂掉，完成對樣品的切割，使樣品3在真空環(huán)境中露出新鮮的待測表面。代替了用機械手臂或其它相關的機械傳動裝置對樣品進行切割的復雜結構。
因為探針非常細小，在使用時有可能損壞，可在探針架5上的探針4附近設有輔助探針13(其探針類型和探針4相同)，其結構如圖5-7所示。使用時，如探針4被碰壞，可將位置靠后的輔助探針13經電致伸縮步進器和電致伸縮掃描管重新調整到位，對于樣品座設在電致伸縮掃描管前端而探針架設在盒體內壁上的鏡盒，如探針4被碰壞，可經電致伸縮步進器和電致伸縮掃描管將樣品座上的樣品重新調整到位，再用外部電路將輔助探針的信號線與掃描探針顯微鏡連接即可。代替了用機械手臂或其它相關的機械傳動裝置對探針進行更換的復雜結構。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)。
如需對樣品一次性進行多種探針掃描時，可將掃描完畢的探針在樣品上主動頂斷，再將位置靠后的另一其它類型探針經電致伸縮步進器和電致伸縮掃描管重新調整到位，對于樣品座設在電致伸縮掃描管前端而探針架設在盒體內壁上的鏡盒，可將掃描完畢的探針用樣品主動頂斷，再經電致伸縮步進器和電致伸縮掃描管將樣品座上的樣品重新調整到位，此時，只需用外部電路將此探針的信號線與顯微鏡連接即可完成對樣品一次性進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，所述樣品座設在盒體內壁上，通訊接口和抽氣孔設在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進器經彈簧片壓裝在盒體內，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進器上，探針架設在電致伸縮掃描管的前端，探針裝在探針架上，探針信號線和電致伸縮步進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在電致伸縮步進器的前端。
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，所述探針架設在盒體內壁上，探針裝在探針架上，通訊接口和抽氣孔設在盒體或盒蓋上，電致伸縮步進器經彈簧片壓裝在盒體內，電致伸縮掃描管的后端固定在電致伸縮步進器上，樣品座設在電致伸縮掃描管的前端，探針信號線和電致伸縮步進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在探針架附近的盒體內壁上。
5.如權利要求
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
本發(fā)明涉及掃描探針顯微鏡領域的一種掃描探針顯微鏡微型鏡盒，其結構包括電致伸縮步進器、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。具有結構簡單合理、生產成本低、體積小如香煙盒、便于攜帶等優(yōu)點，對提高真空度、降低溫度、提高信噪比和信號穩(wěn)定性等都極為有利。可在盒內對樣品進行真空切割和在真空中更換探針，并能一次性完成對樣品進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G01Q70/00GKCN1782692SQ200410065365
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月29日
發(fā)明者陸輕鋰, 陸輕銥, 高峰, 陸輕鈾 申請人:陸輕鋰導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan