專利名稱：掃描探針顯微鏡立式探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡調(diào)節(jié)裝置，尤其是掃描探針顯微類儀器(如掃描隧道顯微鏡，原子力顯微鏡，磁力顯微鏡和激光檢測原子力顯微鏡等)立式探頭。
目前掃描探針顯微鏡(SPM)立式探頭，如市售的美國NanoscopeⅠ.Ⅱ和Ⅲ型，為便于安裝和使用，他們都是把探頭分為裝有探針1的探頭上部Ⅰ和裝有樣品2和壓電器件3的探頭下部Ⅱ兩部分，探頭下部Ⅱ固定有三個螺紋副作為可調(diào)節(jié)的三個支點，把探頭上部Ⅰ定位在探頭下部Ⅱ的上方，并且三個螺紋副各沿其軸線方向引出一個輸入運動的旋柄，通過旋動這三個旋柄來實現(xiàn)探針1對樣品2的粗、細(xì)調(diào)節(jié)。
一般情況下，這種調(diào)節(jié)往往是先在光學(xué)放大鏡下把探針1與樣品2粗調(diào)節(jié)到一定范圍，然后再用步進電機10帶動其中一支螺桿作細(xì)調(diào)節(jié)，同時配以壓電器件3的電反饋伸縮，把探針1調(diào)到對樣品2可進行SPM測試的位置。
這就是說通常SPM立式探頭，是在光學(xué)放大鏡下，通過兩個旋柄分別調(diào)節(jié)支撐探頭上部Ⅰ的兩個支點來完成手動的粗調(diào)節(jié)工作的。在這個調(diào)節(jié)過程中，使用的光學(xué)放大鏡要隨時做焦距的匹配調(diào)節(jié)，才能通過調(diào)節(jié)支撐探頭上部Ⅰ的兩個支點，確定探針對樣品的相對位置，這樣使調(diào)節(jié)操作工作即費時又復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供一種SPM立式探頭，它只使用一個旋柄，可以同時調(diào)節(jié)支撐探頭上部Ⅰ的兩個支點移動，以便利于探針1與樣品2間距的粗調(diào)節(jié)，克服原調(diào)節(jié)機構(gòu)的費時和復(fù)雜，使調(diào)節(jié)操作工作即省時又簡便。
為達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的解決方案是，采用螺紋副驅(qū)動的滑動機構(gòu)，以其滑動構(gòu)件充當(dāng)支撐探頭上部Ⅰ的兩個支點，同時受一個旋柄操縱，以進行探針1相對樣品2間距的粗或細(xì)調(diào)操作。探頭上部Ⅰ的另外一個支點，仍采用單獨螺紋副進行調(diào)節(jié)，配以壓電器件的電反饋伸縮完成SPM測試調(diào)節(jié)過程。
本發(fā)明掃描探針顯微鏡(SPM)立式探頭，具有安裝針尖1的探頭上部Ⅰ，安裝有樣品2和壓電器件3的探頭下部Ⅱ，以及固定在探頭下部Ⅱ上的調(diào)節(jié)機構(gòu)。在探頭下部Ⅱ上，旋柄4和旋柄6作為運動輸入端，旋柄4和旋柄6與連接的螺紋副之間，分別連接傳動組件8和傳動組件9，通過傳動組件8和傳動組件9而引出(如圖所示)。旋柄4與連接的螺紋副上裝有一個滑動機構(gòu)5，旋柄6連接螺紋副機構(gòu)7，探針1的下方為壓電器件3，樣品2裝在壓電器件3上。當(dāng)進行SPM測試調(diào)節(jié)時，探頭上部Ⅰ放到探頭下部Ⅱ之上進行探針1對樣品2的逼近調(diào)節(jié)，先由旋柄4經(jīng)傳動組件8，通過螺紋副驅(qū)動的滑動機構(gòu)5，使其作為支撐探頭上部Ⅰ的兩個支點的滑動構(gòu)件，同時受到調(diào)節(jié)。以實現(xiàn)粗調(diào)探針1與樣品2之間的距離，接下來由步進電機10帶動旋柄6，通過傳動組件9驅(qū)動螺紋副7調(diào)節(jié)探頭上部Ⅰ的另一個支點，同時配以壓電器件3的電反饋伸縮，進行細(xì)調(diào)探針1與樣品2之間的距離，完成SPM測試調(diào)節(jié)過程。
旋柄4和旋柄6作為運動輸入端，也可以不用傳動組件8和傳動組件9，旋柄4和旋柄6與連接的螺紋副分別直接相連，沿其螺紋軸線方向引出。
旋柄4或旋柄6與步進電機相連接。當(dāng)步進電機10與旋柄6連接時，以螺紋副7做細(xì)調(diào)節(jié)，旋柄4操縱的螺紋副驅(qū)動的滑動機構(gòu)5做粗調(diào)節(jié)使用。
當(dāng)步進電機10與旋柄4連接作細(xì)調(diào)節(jié)，旋柄6則變?yōu)榇终{(diào)節(jié)手動旋柄。
為增加調(diào)節(jié)及定位的穩(wěn)定性，在滑動機構(gòu)5的滑動構(gòu)件與探頭上部Ⅰ相接觸的部位以及螺紋副7與探頭上部Ⅰ相接觸的部位，均可采用永磁元件來增加探頭上部Ⅰ和探頭下部Ⅱ之間的貼緊力。
由于本發(fā)明對探針顯微鏡(SPM)立式探頭調(diào)節(jié)機構(gòu)的改進，使之在對樣品測試操作時，克服了原有調(diào)節(jié)機構(gòu)的費時和復(fù)雜，可以一只手調(diào)節(jié)光學(xué)放大鏡焦距，另一只手粗調(diào)旋柄連續(xù)完成粗調(diào)工作，作到省時和簡便，并且圖像清晰。
本發(fā)明的SPM立式探頭，已被我們成功地應(yīng)用在掃描隧道顯微鏡和激光檢測原子力顯微鏡當(dāng)中，并皆能穩(wěn)定地獲得石墨樣品原子級分辨率的清晰測試圖像。
附圖
是掃描探針顯微鏡立式探頭縱剖圖。
權(quán)利要求1.一種掃描探針顯微鏡立式探頭，其部件有裝有探針(1)的探頭上部Ⅰ，裝有樣品(2)和壓電器件(3)的探頭下部Ⅱ，以及固定在探頭下部Ⅱ上的調(diào)節(jié)機構(gòu)，其特征在于所述的調(diào)節(jié)機構(gòu)中，探頭旋柄(4)與連接的螺紋副上裝有一個滑動機構(gòu)(5)，旋柄(6)連接螺紋副機構(gòu)(7)，探針(1)的下方為壓電器件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡立式探頭，其特征在于所述的旋柄(4)或旋柄(6)與步進電機(10)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡立式探頭，其特征在于所述的旋柄(4)和旋柄(6)與連接的螺紋副之間，分別連接傳動組件(8)和傳動組件(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡立式探頭，其特征在于所述的旋柄(4)和旋柄(6)與連接的螺紋副，分別直接相連。
專利摘要本實用新型是一種掃描探針顯微鏡SPM的立式探頭，它使用一只旋柄4，通過滑動機構(gòu)5同時調(diào)節(jié)支撐探頭上部I的兩個支點運動；再用旋柄6帶動螺紋副7調(diào)節(jié)另一支點，同時配以壓電器件3的電反饋伸縮，完成SPM測試調(diào)節(jié)任務(wù)，克服了原有調(diào)節(jié)裝置，在對樣品測試調(diào)節(jié)時的復(fù)雜和費時，達(dá)到了方便省時調(diào)節(jié)的目的。
文檔編號G02B21/00GK2208271SQ9421706
公開日1995年9月20日 申請日期1994年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月21日
發(fā)明者白春禮, 戴長春, 黃桂珍, 陳增波, 王培森, 商廣義 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所