專利名稱:高精度原子力顯微鏡的鏡體的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及納米測量裝置，它是測量物體表面原子形貌的原子力顯微鏡的鏡體，主要由微懸臂、壓電陶瓷、步進機、變速系統(tǒng)、掃描隧道顯微鏡鏡體組成，其用途是作固體表面顯微分析與納米加工。
背景技術：
在ZL02 2 21502.6中公開了高精度掃描隧道顯微鏡的鏡體，它的目的是提供測針進給速度快，測針與樣品間隔調節(jié)精度高，樣品臺可精確位移，可精確定點測量與加工的高精度掃描隧道顯微鏡的鏡體，構成是測針、待測樣品經(jīng)偏置電壓、微電流計組成隧道電流的測量回路，測針經(jīng)壓電陶瓷固定在測針座上，測針座經(jīng)鋼球被兩個調整桿，一個縱向電動進給機構所支撐，樣品臺固定在水平X向與Y向電動平臺上，樣品坐標由位置傳感器檢測，上述裝置均位于隔振的屏蔽罩內，不足之處是它不能測量絕緣體表面的原子形貌。1986年發(fā)明的原子力顯微鏡可以解決此難題，它的工作原理是將一個對微弱力極敏感的微懸臂的一端固定，其另一端有一探針通過原子間的排斥力去感知樣品表面的原子形貌，測量微懸臂起伏情況是制作原子力顯微鏡鏡體的關鍵所在，有用光學法測量微懸臂起伏情況的，此法要求光學測量裝置有極高的放大倍數(shù)，這使得實際制作與使用的難度很大。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術中的不足之處而提供一種能測量絕緣體表面原子形貌，測量精度高，操作方便的原子力顯微鏡的鏡體。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種高精度原子力顯微鏡的鏡體，包括微懸臂、樣品臺、掃描隧道顯微鏡鏡體、步進機、變速系統(tǒng)，在掃描隧道顯微鏡鏡體的測針與樣品臺之間，水平懸置一微懸臂，其一端固定在絕緣柱上，絕緣柱與支架套筒滑動配合，其另一端的金屬絲上，水平固定一面積為1.5×1.5毫米平方的金屬片，金屬片下有與微懸臂成直角的探針，探針指向樣品表面；支架固定在鏡體的下底盤上，其上有微懸臂調節(jié)機構，可以三維調節(jié)微懸臂的位置，在樣品臺與X向電動平臺之間，依次安裝下壓電陶瓷，垂直向斜面電動調節(jié)機構。
本實用新型的目的還可以通過以下措施來達到微懸臂調節(jié)機構有三座標調節(jié)裝置，垂直方向采用螺紋副方式調節(jié)，可以粗調和微調，水平徑向也采用螺紋副方式調節(jié)，由螺栓推動絕緣柱內螺母，使絕緣柱沿套筒滑行，轉角方向的調節(jié)由蝸輪副來完成，其驅動方式可以手動，也可以電動。
微懸臂所用的金屬絲必須耐高溫，其力彈性常數(shù)低，力學共振頻率高。
垂直向斜面電動調節(jié)機構由電機、蝸輪副、螺紋副、斜面滑塊、滾珠導軌組成，電機帶動蝸輪副，蝸輪副帶動螺紋副，推動斜面滑塊沿滾珠導軌作垂直方向的位移。
本實用型相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點1、可高精度測量絕緣體表面的原子形貌，可精確定位，精確調整測針與微懸臂金屬片、微懸臂探針與樣品表面的間隔距離。
2、每一調節(jié)機構只完成一種工作職能，職能專一有助于使調節(jié)機構的性能最佳，測針、微懸臂、樣品臺的位置可隨意調節(jié)，操作起來既精確又方便。
附圖的圖面說明如下圖1是原子力顯微鏡原理圖。
圖2是鏡體結構圖。
圖3是微懸臂調節(jié)機構。
圖4是垂直向斜面電動調節(jié)機構。
圖中編號1-樣品；2-微懸臂探針；3-金屬片；4-掃描隧道顯微鏡鏡體的測針；5-微電流計；6偏置電壓；7-金屬絲微懸臂；8-絕緣柱；9-支架；10-隔振盤；11-調整桿；12-Y向電動平臺；13-X向電動平臺；14-Z向斜面電動調節(jié)機構；15-下壓電陶瓷；16-樣品臺；17-Z向電動調節(jié)桿；18-測針座；19-上壓電陶瓷；20-鋼球；21-垂直(Z向)粗調；22-轉角(θ向)微調；23-套筒；24-垂直(Z向)微調；25-水平(r向)微調；26-限位螺釘；27-底座；28-滾珠導軌；29-斜面滑塊；30-螺紋副；31-板壁；32-蝸輪副；33-電機。
具體實施方式
原子力顯微鏡的工作原理圖如圖1所示對微弱力極敏感的微懸臂的一端經(jīng)絕緣柱固定在支架上，其另一端的探針在樣品移動時，由于原子間排斥的作用，會使微懸臂上下起伏，而金屬絲微懸臂、固定在它上面的金屬片、測針、微電流計、偏置電壓組成隧道電流的測量回路，微懸臂上下起伏使測量回路產生相應的隧道電流值，將采集到的隧道電流值送計算機工作站處理后，即可在顯示屏上看到樣品表面的原子形貌。
鏡體結構可參看圖2、圖3高精度原子力顯微鏡的鏡體，包括微懸臂、樣品臺、掃描隧道顯微鏡鏡體、步進機、變速系統(tǒng)，在掃描隧道顯微鏡鏡體的測針(4)與樣品臺(16)之間，水平懸置一微懸臂(7)，其一端固定在絕緣柱(8)上，絕緣柱與支架(9)套筒(23)滑動配合，其另一端的金屬絲(7)上，水平固定一面積為1.5×1.5毫米平方的金屬片(3)，金屬片下有與微懸臂(7)成直角的探針(2)，探針指向樣品表面(1)；支架固定在鏡體的下底盤上，其上有微懸臂調節(jié)機構(21、22、24、25)，可以三維調節(jié)微懸臂的位置；在樣品臺(16)與X向電動平臺(13)之間，依次安裝下壓電陶瓷(15)、垂直向斜面電動調節(jié)機構(14)。微懸臂所用的金屬絲(7)必須耐高溫，其力彈性常數(shù)低，力學共振頻率高。
在已有掃描隧道顯微鏡鏡體的基礎上，在測針與樣品臺之間，加進了原子力顯微鏡鏡體的核心元件一微懸臂，微懸臂經(jīng)絕緣柱固定在支架上，支架裝有微懸臂的調節(jié)機構，該機構可使微懸臂作三維位移，在樣品臺與X向電動平臺之間安裝了下壓電陶瓷，Z向斜面電動調節(jié)機構，下壓電陶瓷完成水平掃描，Z向斜面電動調節(jié)機構可垂直向調節(jié)微懸臂與樣品臺之間的間隙距離，測針垂直方向的位移仍由Z向電動調節(jié)桿來調節(jié)，上壓電陶瓷只驅動測針采樣。
微懸臂調節(jié)機構如圖3所示微懸臂調節(jié)機構有三坐標調節(jié)裝置(21、22、24、25)，垂直方向采用螺紋副方式調節(jié)，可以粗調(21)和微調(24)，水平徑向也采用螺紋副方式調節(jié)(25)，由螺栓推動絕緣柱內螺母，使絕緣柱沿套筒滑行，轉角方向的調節(jié)由蝸輪副(22)來完成，機構的驅動方式可以手動，也可以電動。
蝸輪副完成對微懸臂的轉角調節(jié)，即以支架為支點，步進機轉動時令蝸輪副帶動支架轉角位移，水平徑向、垂直方向皆采用螺紋副方式調節(jié)。
Z向斜面電動調節(jié)機構可參看圖4垂直向斜面電動調節(jié)機構(14)由電機(33)、蝸輪副(32)、螺紋副(30)、斜面滑塊(29)、滾珠導軌(28)組成，電機帶動蝸輪副，蝸輪副帶動螺紋副，推動斜面滑塊沿滾珠導軌作垂直方向的位移。
斜面的底與高之比為9∶1，采用斜面推進方式的優(yōu)點是運行穩(wěn)定，精確，在兩斜面滑塊之間，下斜面滑塊底部與底座之間，上斜面滑塊兩側與板壁之間皆有滾珠導軌，目的是使調節(jié)機構動作更靈敏、更精確。
權利要求
1.一種高精度原子力顯微鏡的鏡體，包括微懸臂、樣品臺、掃描隧道顯微鏡鏡體、步進機、變速系統(tǒng)，其特征是在掃描隧道顯微鏡鏡體的測針(4)與樣品臺(16)之間，水平懸置一微懸臂(7)，其一端固定在絕緣柱(8)上，絕緣柱與支架(9)套筒(23)滑動配合，其另一端的金屬絲(7)上，水平固定一面積為1.5×1.5毫米平方的金屬片(3)，金屬片下有與微懸臂(7)成直角的探針(2)，探針指向樣品表面(1)；支架固定在鏡體的下底盤上，其上有微懸臂調節(jié)機構(21、22、24、25)，可以三維調節(jié)微懸臂的位置；在樣品臺(16)與X向電動平臺(13)之間，依次安裝下壓電陶瓷(15)、垂直向斜面電動調節(jié)機構(14)。
2.如權利要求
1所述的一種高精度原子力顯微鏡的鏡體，其特征是微懸臂調節(jié)機構有三坐標調節(jié)裝置(21、22、24、25)，垂直方向采用螺紋副方式調節(jié)，可以粗調(21)和微調(24)，水平徑向也采用螺紋副方式調節(jié)(25)，由螺栓推動絕緣柱內螺母，使絕緣柱沿套筒滑行，轉角方向的調節(jié)由蝸輪副(22)來完成，機構的驅動方式可以手動，也可以電動。
3.如權利要求
1所述的一種高精度原子力顯微鏡的鏡體，其特征是微懸臂所用的金屬絲(7)必須耐高溫，其力彈性常數(shù)低，力學共振頻率高。
4.如權利要求
1所述的一種高精度原子力顯微鏡的鏡體，其特征是垂直向斜面電動調節(jié)機構(14)由電機(33)、蝸輪副(32)、螺紋副(30)、斜面滑塊(29)、滾珠導軌(28)組成，電機帶動蝸輪副，蝸輪副帶動螺紋副，推動斜面滑塊沿滾珠導軌作垂直方向的位移。
專利摘要
高精度原子力顯微鏡的鏡體涉及納米檢測裝置，它主要解決高精度地測量絕緣體表面原子形貌的問題，解決的技術方案是在掃描隧道顯微鏡鏡體的測針與樣品臺之間加入微懸臂，并由調節(jié)機構控制其位移，樣品臺下加入下壓電陶瓷，斜面電動調節(jié)機構，以控制樣品臺水平方向掃描，垂直方向位移，本實用新型的用途是作固體表面的顯微分析與納米加工。
文檔編號G01Q10/00GKCN2804851SQ200420060440
公開日2006年8月9日 申請日期2004年7月23日
發(fā)明者楊學恒, 詹捷, 陳昌杰, 王銀峰, 陳紅兵, 吳世春, 費德國, 楊家楷, 謝超, 楊俊林, 勒平, 王海朋 申請人:重慶大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan