一種用于原子力顯微鏡的掃描探針夾持裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于原子力顯微鏡的掃描探針夾持技術(shù)，具體地說是一種掃描探針的夾持裝置，主要用于為構(gòu)建倒置式原子力顯微鏡提供一種有效的探針夾持裝置。
技術(shù)背景
[0002]目前，原子力顯微鏡是材料、生命科學(xué)、納米技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域中的重要研究工具。通過原子力顯微鏡不但可以對樣品表面的納米形貌進(jìn)行觀測，同時也可以對樣品表面的三維納米結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行檢測。目前，原子力顯微鏡主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是正置式，即樣品放置于壓電陶瓷驅(qū)動器上，由壓電陶瓷驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)樣品的三維運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)探針在樣品表面的三維掃描檢測，在這種結(jié)構(gòu)下，探針夾持裝置是固定的，因此結(jié)構(gòu)相對簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但是能夠承載的樣品尺寸?。涣硪环N是倒置式，此時探針和壓電陶瓷驅(qū)動器固定在一起，并跟隨壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)一維或三維運(yùn)動，由于探針是消耗品，需要經(jīng)常更換，需要設(shè)計(jì)方便裝卸的探針夾持裝置，而且質(zhì)量要小，盡可能的減少壓電陶瓷負(fù)載，并且設(shè)計(jì)的探針夾要能夠?yàn)樘结樖┘右欢ǚ岛皖l率的激勵振動，以實(shí)現(xiàn)輕敲掃描模式的觀測成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]對于構(gòu)建倒置式原子力顯微鏡，對探針夾要求尺寸要小，質(zhì)量要輕，探針夾與原子力顯微鏡本體要方便裝卸，探針更換容易，并且探針要能夠在一定幅值和頻率下受控振動。本發(fā)明目的在于提供一種能夠滿足上述需求的簡單實(shí)用的探針夾持裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種用于原子力顯微鏡的掃描探針夾持裝置，包括固定夾具、探針夾連接器和探針夾；所述探針夾連接器固定于固定夾具上，并與探針夾連接。
[0006]所述固定夾具為一個折彎的金屬片，包括側(cè)板和底板；側(cè)板上設(shè)有多個螺絲孔和側(cè)面板重孔，底板設(shè)有多個側(cè)板減重孔，與探針夾連接器螺栓連接；側(cè)板的外表面與底板的外表面成100?105度角。
[0007]所述探針夾連接器包括電路主板、信號電纜和插針；電路主板上固定有多個插針，其中兩個插針與兩根信號電纜相連。
[0008]所述探針夾包括探針夾電路主板、壓電陶瓷片、探針定位塊、彈簧片和冠簧插孔；
[0009]所述探針夾電路主板上設(shè)有多個冠簧插孔和兩個過孔；冠簧插孔與插針對應(yīng)且數(shù)量相等；其中兩個冠簧插孔通過兩個插針的插入與探針夾連接器上的兩根信號線纜電連接；探針夾電路主板上還設(shè)有第一凹槽，第一凹槽內(nèi)固定有壓電陶瓷片；壓電陶瓷片上固定有探針定位塊；
[0010]所述彈簧片的一端通過一個過孔與探針夾電路主板螺栓連接，另一端依靠彈簧片的預(yù)緊力夾住探針使其固定于探針定位塊上。
[0011]所述第一凹槽的高度小于或等于壓電陶瓷片的厚度。
[0012]所述探針定位塊為長方體，上表面有用于定位探針的第二凹槽。
[0013]所述第二凹槽高度小于探針的厚度。
[0014]一種用于原子力顯微鏡的掃描探針夾持裝置還包括探針夾底座，由固定塊和固定圓柱構(gòu)成；固定塊上表面設(shè)有固定圓柱；所述固定圓柱與探針夾電路主板上的另一過孔對應(yīng)；探針夾底座在更換探針時置于探針夾電路主板下部、通過固定圓柱插入探針夾實(shí)現(xiàn)探針的裝卸。
[0015]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低，探針夾裝卸方便，探針更換容易，質(zhì)量小，減小壓電陶瓷驅(qū)動器的負(fù)荷。
[0017]2.本發(fā)明探針夾體積小、質(zhì)量輕，能夠固定到壓電陶瓷驅(qū)動器上，可以應(yīng)用于倒置式原子力顯微鏡掃描頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中；
[0018]3.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)探針夾的快速裝卸、探針的快速安裝和固定，以及為探針提供納米級位移的振動。
[0019]4.探針夾體積小、質(zhì)量輕，能夠固定到納米定位平臺類的壓電陶瓷驅(qū)動器上，可以應(yīng)用于倒置式原子力顯微鏡掃描頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。
[0020]5.探針夾可通過插針和插孔件固定在探針夾連接器上，探針夾安裝有壓電陶瓷片、探針定位塊和彈簧片，能夠?qū)崿F(xiàn)探針的定位、固定，并可通過壓電陶瓷片為探針提供振源。
[0021]6.探針夾底座用于固定探針夾及輔助安裝探針。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0023]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0024]圖3為探針夾連接器結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4為探針夾連接器印刷電路板圖；
[0026]圖5為探針夾結(jié)構(gòu)圖一；
[0027]圖6為探針夾結(jié)構(gòu)圖二；
[0028]圖7為探針夾主板結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖8為探針夾主板印刷電路板圖；
[0030]圖9為探針定位塊結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖10為探針夾底座結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖11為固定夾具結(jié)構(gòu)圖一；
[0033]圖12為固定夾具結(jié)構(gòu)圖二 ；
[0034]圖13為固定夾具結(jié)構(gòu)圖三；
[0035]圖14為彈簧片結(jié)構(gòu)圖；
[0036]其中，I壓電陶瓷驅(qū)動器，2固定夾具，3探針夾連接器，4探針夾，5探針夾底座，6電路主板，7導(dǎo)電插針，8信號電纜，9探針夾電路主板，10彈簧片，11探針，12壓電陶瓷片，13螺絲，22螺母，14冠簧插孔，15探針定位塊，16探針夾的凹槽，17、18過孔，19固定塊，20固定圓柱，21探針定位塊的凹槽，23螺絲孔，24側(cè)板減重孔，25底板減重孔，26底板，27底部凹槽，28彈簧片固定孔，29彎角結(jié)構(gòu)，30側(cè)板。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0038]本發(fā)明利用電路板、壓電陶瓷片、彈簧片、插針、插孔等簡單零件建立一個探針夾持裝置，其中，固定夾具用于固定在原子力顯微鏡的壓電陶瓷驅(qū)動器上(這里的壓電陶瓷驅(qū)動器主要指單軸納米定位平臺，這樣固定本探針夾具比較容易)，探針夾連接器可通過哥倆好302膠粘劑直接粘貼在固定夾具的底面上；探針夾可通過插針和插孔件固定在探針夾連接器上，探針夾安裝有壓電陶瓷片、探針定位塊和彈簧片，能夠?qū)崿F(xiàn)探針的定位、固定，并可通過壓電陶瓷片為探針提供振源；探針夾底座用于固定探針夾及輔助安裝探針。具體如下。
[0039]掃描探針夾持器裝置主要由固定夾具2、探針夾連接器3、探針夾4和探針夾底座5構(gòu)成，其中探針夾連接器3和探針夾4可以通過固定夾具2與壓電陶瓷驅(qū)動器I相連，以構(gòu)成原子力顯微鏡的Z向掃描器，其結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。
[0040]固定夾具2是一個整體加工的零件，折彎處將該零件劃分為側(cè)板30和底板26，其具體結(jié)構(gòu)如圖11、12和13所示。為了減輕重量，可以采用航空鋁等質(zhì)量輕且剛度大的材料，另外在不影響剛度的情況下，可以加工多個側(cè)面減重孔24和底面減重孔25，以減輕固定夾具的重量。固定夾具2側(cè)面背板上的螺絲孔23的位置對應(yīng)于要固定的壓電陶瓷驅(qū)動器的固定孔，可以用螺絲把固定夾具2固定到壓電陶瓷驅(qū)動器的固定孔上。另外，固定夾具2的底板26外表面(與探針連接器