一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及觀察測量設(shè)備，更具體地說，設(shè)及一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振 頻率的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 原子力顯微鏡（Atomicforcemicroscope,AFM)最初是由美國的Binning、Quate 和瑞±的Gerber于1985年共同發(fā)明的。由于其特有的高分辨成像能力、樣品不受導(dǎo)電性 限制、W及可在各種環(huán)境下成像的特點(diǎn)，AFM在生物醫(yī)學(xué)、高分子材料、納米材料、原子和分 子操控等各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。AFM不僅可W給出樣品的表面微觀形貌的結(jié)構(gòu)，還可W測 量出樣品表面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理、化學(xué)性質(zhì)，如樣品的表面硬度、粘附力、摩擦學(xué) 性質(zhì)、磁疇分布及表面電荷等，因此AFM在界面研究方面具有十分重要的作用。
[0003] 由于AFM探針懸臂梁的共振頻率是出廠時基本確定，無法自行調(diào)控。當(dāng)使用AFM 時，被測樣品的振動頻率與AFM探針懸臂梁相差較大時，引起懸臂梁的振動十分微弱，精度 較低，為了使AFM的測試精度較高，需要將探針的懸臂梁共振頻率與被測樣品的振動頻率 接近，所W我們需要一種調(diào)控AFM顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振 頻率的方法和裝置，使得懸臂梁的共振頻率可調(diào)，滿足不同被測樣品的需求。
[0005] 為此，本發(fā)明實(shí)施方式提供了一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法，包 括W下步驟；向所述原子力顯微鏡中的電磁鐵輸入驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號調(diào)控所述電磁 鐵的電磁梯度的大小和方向；改變所述驅(qū)動信號來調(diào)整所述原子力顯微鏡的懸臂梁的共振 頻率。
[0006] 優(yōu)選地，所述懸臂梁上設(shè)有若干磁性顆粒。
[0007] 優(yōu)選地，所述磁性顆粒為磁化的欽鐵棚顆粒。
[000引一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置，包括激光發(fā)射器、探針、工作臺和 光檢測系統(tǒng)，所述探針包括懸臂梁和設(shè)于所述懸臂梁上的尖端，所述探針的懸臂梁設(shè)于所 述工作臺的上方，其正面朝向所述工作臺，背面朝向所述激光發(fā)射器；所述激光發(fā)射器發(fā)出 的激光經(jīng)所述探針的懸臂梁的背面反射后，進(jìn)入所述光檢測系統(tǒng)；所述懸臂梁上設(shè)有磁體， 所述掃描臺的下方設(shè)有磁裝置。
[0009] 優(yōu)選地，所述磁裝置包括電磁鐵、W及與所述電磁鐵連接的電流調(diào)控器。
[0010] 優(yōu)選地，所述磁體包括若干磁性顆粒。
[0011] 優(yōu)選地，所述磁性顆粒為磁化的欽鐵棚顆粒。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：
[0013] 本發(fā)明提供的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法和裝置，在現(xiàn)有的原 子力顯微鏡基礎(chǔ)上，在探針掃描臺下方添加放置磁裝置，在不同強(qiáng)度的二階梯度磁場內(nèi)，粘 有磁顆粒的探針受到的磁力不同，其彈性系數(shù)K值則不同，從而達(dá)到通過改變電磁鐵的驅(qū) 動信號來改變探針的共振頻率的目的，W滿足不同被測樣品的需求。
【附圖說明】
[0014] 圖1是彈黃振子模型圖；
[0015] 圖2是原子顯微鏡在測量過程中，懸臂梁的振幅與振動頻率的關(guān)系示意圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種應(yīng)用于原子力顯微鏡中的探針的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種應(yīng)用于原子力顯微鏡中的工作臺的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0018] 圖5是本發(fā)明實(shí)施方式提供的調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置的結(jié)構(gòu) 不意圖；
[0019] 圖6是本發(fā)明實(shí)施方式中探針測量懸臂梁的共振頻率與電磁鐵電流大小關(guān)系圖；
[0020] 圖7是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種應(yīng)用于原子力顯微鏡中的探針加工設(shè)備的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0021] 圖8是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種應(yīng)用于原子力顯微鏡中的探針加工方法的流 程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。本發(fā)明實(shí)施方式中，通過在探 針的懸臂梁上設(shè)置磁性體，該樣，可W通過調(diào)控通入磁性體所處的磁場二階梯度的大小和/ 或方向，實(shí)現(xiàn)調(diào)控探針的懸臂梁的共振頻率頻率的減小或增加。
[0023] 下面詳細(xì)結(jié)合圖1論述通過調(diào)控電磁場二階梯度的大小和/或方向來改變懸臂梁 的共振頻率的原理。
[0024] 參見圖1，圖1是彈黃振子模型圖。在圖1中，該彈黃振子模型60包括質(zhì)量為m的 振子61W及勁度系數(shù)為K的輕彈黃62。振子61受到輕彈黃62的拉伸，整個模型的共振頻 率f(或者稱共振頻率）為：
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法，其特征在于包括以下步驟： 向所述原子力顯微鏡中的電磁鐵輸入驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號調(diào)控所述電磁鐵的電磁 梯度的大小和方向； 改變所述驅(qū)動信號來調(diào)整所述原子力顯微鏡的懸臂梁的共振頻率，使得所述懸臂梁的 共振頻率等于所述原子力顯微鏡的探針的尖端掃描樣品的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法，其特征在 于：所述懸臂梁上設(shè)有若干磁性顆粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法，其特征在 于：所述磁性顆粒為磁化的釹鐵硼顆粒。
4. 一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置，包括激光發(fā)射器、探針、工作臺和光 檢測系統(tǒng)，所述探針包括懸臂梁和設(shè)于所述懸臂梁上的尖端，所述探針的懸臂梁設(shè)于所述 工作臺的上方，其正面朝向所述工作臺，背面朝向所述激光發(fā)射器；所述激光發(fā)射器發(fā)出的 激光經(jīng)所述探針的懸臂梁的背面反射后，進(jìn)入所述光檢測系統(tǒng)；其特征在于：所述懸臂梁 上設(shè)有磁體，所述掃描臺的下方設(shè)有磁裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置，其特征在 于：所述磁裝置包括電磁鐵、以及與所述電磁鐵連接的電流調(diào)控器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置，其特征在 于：所述磁體包括若干磁性顆粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的裝置，其特征在 于：所述磁性顆粒為磁化的釹鐵硼顆粒。
【專利摘要】本發(fā)明涉及調(diào)控原子力顯微鏡懸臂梁共振頻率的方法和裝置。該方法包括步驟：向所述原子力顯微鏡中的電磁鐵輸入驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號調(diào)控所述電磁鐵的電磁梯度的大小和方向；改變所述驅(qū)動信號來調(diào)整所述原子力顯微鏡的懸臂梁的共振頻率。本發(fā)明提供的方法和裝置通過改變調(diào)控信號的電流大小與方向，從而改變探針測量微懸臂梁受力的大小和方向，達(dá)到改變探針測量懸臂梁的共振頻率的效果，以滿足不同被測樣品的需求。
【IPC分類】G01Q60-24
【公開號】CN104865408
【申請?zhí)枴緾N201510212160
【發(fā)明人】熊小敏, 陳楠, 龐志勇, 陳弟虎, 鄧子泠, 郭濱, 劉樹郁, 張碧魚
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月28日