專利名稱:一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種顯微鏡，尤其涉及一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級 金相顯微鏡。
背景技術：
金相顯微鏡主要用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結構組織，它是金屬學研究金相
的重要儀器。利用金相顯微鏡在專門制備的試樣上放大100~ 1500倍來研究金 屬及合金組織的方法稱為金相顯微分析法，它是研究金屬材料孩^見結構最基本 的一種實驗技術；在現(xiàn)代金相顯微分析中，使用的主要儀器主要有光學顯微鏡 和電子顯孩t鏡兩大類。掃描隧道顯樣i鏡(STM)具有原子級高分辨率的優(yōu)點， STM在平行于樣品表面方向上的分辨率分別可達O.lnm和O.Olnrn，即可以分辨 出單個原子、可實時得到空間樣品表面的三維圖像，可用于具有周期性或不具 備周期性的表面結構的研究，這種可實時觀察的性能可用于表面擴散等動態(tài)過 程的研究.可以觀察單個原子層的局部表面結構，而不是對體相或整個表面的 平均性質，因而可直接觀察到表面缺陷。掃描隧道顯微鏡的工作原理是基于量 子力學中的隧道效應，對于經(jīng)典物理學來說，當一個粒子的動能E低于前方勢 壘的高度V0時，它不可能越過此勢壘，即透射系數(shù)等于零，粒子將完全被彈 回，而按照量子力學的計算，在一般情況下，其透射系數(shù)不等于零。
綜上所述，現(xiàn)有的金相顯微鏡基本是在微米級領域測量，且其觀察測量的 放大倍數(shù)受光學成像原理限制，放大倍數(shù)越大，其光學元件制作要求越高，裝 配工藝也相應要求高，因此不能滿足從微米級到納米級全范圍金屬表面金相結 構的分析；此外，現(xiàn)有國內(nèi)掃描隧道顯微鏡(STM)測量范圍有限，并不能快 速的確定待測目標并成像而需要不斷地掃描圖像來尋找目標，但每掃描一幅圖 像要花費很長時間，從而影響工作進度和效率。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡， 以克服現(xiàn)有技術觀察測量的放大倍數(shù)受物鏡和目鏡限制、制作工藝較高、不能 快速的確定待測目標并成像、工作效率較低的不足。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)
一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡，包括目鏡或數(shù)字相機設備、 物鏡轉換器、STM探頭、支架，目鏡或數(shù)字相機設備固定在支架的頂部，物鏡 以及由物鏡改裝的STM探頭均連接上部的物鏡轉換器并固定在支架上，所述 STM探頭由上部的壓電陶瓷掃描器與下部的探針組成并通過物鏡適配器固定， 所述STM探頭連接電子學控制及掃描單元并通過PC機顯示與處理單元對其控 制，下部的探針部分連接放大電路裝置；所述探針的內(nèi)端通過針管固定在連接 器上，所述壓電陶瓷掃描器的內(nèi)部設有掃描管外殼，掃描管外殼的內(nèi)部設有壓 電陶瓷管，壓電陶瓷管的端部連接內(nèi)部支架，所述壓電陶瓷管的下端i殳有避震 環(huán)，避震環(huán)的外部設有高硬鋁適配器。
本實用新型有益效果為實現(xiàn)了金相顯^L鏡在導電物體表面結構納米級的 分析與測量；將普通金相顯微鏡分辨能力從微米級擴展到納米級，可廣泛應用 于導電物體表面結構的分析和測量，可以快速地定位及測量待測部位；STM探 頭直接安裝于金相顯微鏡的物鏡轉換器上，通過旋轉裝換器即可實現(xiàn)金相顯微 鏡和STM的切換，附加的光學物鏡適配器保證STM探頭與光學物鏡中心的誤 差不超過l微米，實現(xiàn)了 STM與光學物鏡的觀察連續(xù)性；可采用金相顯微鏡來 選擇樣品的細節(jié)，使要測量的部位進入視場的中央，然后將STM探頭轉至測量 位置，對同一區(qū)域進行掃描，即可開始高分辨率測量，極大地提高了工作效率。


下面根據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1是本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡 的結構示意圖；
圖2是本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡的工作原理示意圖；
圖3是本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡 的掃描隧道顯孩i鏡頭部的示意圖。
圖中
1、目鏡或數(shù)字相機設備；2、物鏡轉換器；3、物鏡；4、 STM探頭；5、 物鏡；6、載物臺；7、支架；8、物鏡適配器；9、壓電陶瓷掃描器；10、探針； 11、；故大電路裝置；12、電子學控制及掃描單元；13、 PC機顯示與處理單元； 14、針管；15、連接器；16、高硬鋁適配器；17、避震環(huán)；18、掃描管外殼； 19、壓電陶資管；20、內(nèi)部支架。
具體實施方式
如圖1-2所示，本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級金 相顯微鏡，包括目鏡或數(shù)字相機設備1 、物鏡轉換器2、 STM探頭4、支架7， 目鏡或數(shù)字相機設備1固定在支架7的頂部，物鏡3與物鏡5及由物鏡改裝的 STM探頭4均連接上部的物鏡轉換器2并固定在支架7上，STM探頭4的下側 設有載物臺6;所述STM探頭4由上部的壓電陶瓷掃描器9與下部的探針10 組成并通過物鏡適配器8固定，并保證探針離物鏡的光學中心在lum內(nèi)，所述 STM探頭4連接電子學控制及掃描單元12并通過PC機顯示與處理單元13對 其控制，下部的探針10連接放大電路裝置11;電子學控制及掃描單元12按照 PC機上STM掃描軟件的要求，輸出不同電壓控制壓電陶瓷掃描器9,從而帶 動探針10移動掃描，探針10與樣品間會產(chǎn)生隧道電流，經(jīng)過放大電路裝置ll 進入電子學控制器，控制器將電流轉化為圖像并發(fā)送到PC機。
如圖3所示，本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級4r相 顯孩t鏡,掃描隧道顯微鏡頭部由上部的壓電陶瓷掃描器9與下部的探針10組成， 所述探針10的內(nèi)端通過針管14固定在連接器15上，所述壓電陶瓷掃描器9的 內(nèi)部設有掃描管外殼18，掃描管外殼18的內(nèi)部設有壓電陶瓷管19，壓電陶瓷 管19的端部連接內(nèi)部支架20,所述壓電陶瓷管19的下端設有避震環(huán)17，避震 環(huán)17的外部設有高硬鋁適配器16。
5以上本實用新型實施例所述的基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡，
將光學顯微技術的方便性和掃描隧道顯微鏡(STM)的高分辨率特點相結合， 實現(xiàn)了金相顯微鏡在導電物體表面結構納米級的分析與測量；將普通金相顯微 鏡分辨能力從微米級擴展到納米級，可廣泛應用于導電物體表面結構的分析和 測量，可以快速地定位及測量待測部位；STM探頭直接安裝于金相顯孩i鏡的物 鏡轉換器上，通過旋轉裝換器即可實現(xiàn)金相顯微鏡和STM的切換，附加的光學 物鏡適配器保證STM探頭與光學物鏡中心的誤差不超過1微米，實現(xiàn)了 STM 與光學物鏡的觀察連續(xù)性；可采用金相顯微鏡來選擇樣品的細節(jié)，使要測量的 部位進入視場的中央，然后將STM探頭轉至測量位置，對同一區(qū)域進行掃描， 即可開始高分辨率測量，極大地提高了工作效率。
權利要求
1、一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡，包括目鏡或數(shù)字相機設備(1)、物鏡轉換器(2)、物鏡(3)、物鏡(5)、STM探頭(4)及支架(7)，目鏡或數(shù)字相機設備(1)固定在支架(7)的頂部，其特征在于物鏡(3)、物鏡(5)及STM探頭(4)與物鏡轉換器(2)連接并被固定在支架(7)上，所述STM探頭(4)由上部的壓電陶瓷掃描器(9)與下部的探針(10)組成并通過物鏡適配器(8)固定，所述STM探頭(4)連接電子學控制及掃描單元(12)，探針(10)連接放大電路裝置(11)，探針(10)的內(nèi)端通過針管(14)固定在連接器(15)；所述壓電陶瓷掃描器(9)內(nèi)設有掃描管外殼(18)，掃描管外殼(18)的內(nèi)部設有壓電陶瓷管(19)，壓電陶瓷管(19)的端部連接內(nèi)部支架(20)，所述壓電陶瓷管(19)的下端設有避震環(huán)(17)，避震環(huán)(17)的外部設有高硬鋁適配器(16)。
專利摘要
本實用新型涉及一種基于掃描隧道顯微鏡的納米級金相顯微鏡，包括目鏡或數(shù)字相機設備、物鏡轉換器、STM探頭、支架，目鏡或數(shù)字相機設備固定在支架的頂部，物鏡以及由物鏡改裝的STM探頭均連接上部的物鏡轉換器并固定在支架上，所述STM探頭由上部的壓電陶瓷掃描器與下部的探針組成并通過物鏡適配器固定，所述STM探頭連接電子學控制及掃描單元并通過PC機顯示與處理單元對其控制，下部的探針部分連接放大電路裝置。本實用新型有益效果為將光學顯微技術的方便性和掃描隧道顯微鏡(STM)的高分辨率特點相結合，實現(xiàn)了金相顯微鏡在導電物體表面結構納米級的分析與測量；實現(xiàn)了STM與光學物鏡的觀察連續(xù)性，極大地提高了工作效率。
文檔編號G01Q60/10GKCN201255715SQ200820060197
公開日2009年6月10日 申請日期2008年6月24日
發(fā)明者羅先照, 胡志強 申請人:上海海茲思光電科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan