專利名稱：一種掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動裝置，尤其涉及一種安裝在電子顯微鏡中的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
人們采用新近發(fā)明的掃描探針顯微鏡技術(shù)來測量材料微區(qū)的表面結(jié)構(gòu)和表面物理、化學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)，掃描探針顯微鏡通常包括機械和電子學(xué)兩部分，機械部分控制掃描探針顯微鏡探針的移動，電子學(xué)部分負責(zé)各種信號的加載和對探測到的數(shù)據(jù)信號進行處理。近幾年，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，人們投入大量的人力、物力對納米結(jié)構(gòu)和物性表征的新方法新技術(shù)進行研究，但由于納米材料結(jié)構(gòu)的微觀化，如何操縱納米材料并進行原位結(jié)構(gòu)和物性的表征，成為擺在研究人員面前的一個難題。現(xiàn)有的可直接觀察微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)備是電子顯微鏡，將其與掃描探針顯微鏡聯(lián)合使解決上述難題成為可能，而電子顯微鏡的樣品傳輸和操作空間非常有限，在現(xiàn)有技術(shù)中，無法在如此之小的操作空間內(nèi)在三維方向上大范圍地精確驅(qū)動掃描探針顯微鏡的探針。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可在小空間內(nèi)實現(xiàn)掃描探針顯微鏡的探針(或樣品)位置在三維方向上大范圍高精度地調(diào)節(jié)的驅(qū)動裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置包括固定槽、夾緊套層、滑塊、剪切晶體和壓電陶瓷管，滑塊通過固定在其外表面相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在夾緊套層內(nèi)，與矩形套層夾緊并可沿其內(nèi)壁滑動，夾緊套層通過固定在其外壁相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在固定槽內(nèi)，與固定槽夾緊并可沿與所述滑塊上剪切晶體驅(qū)動方向垂直的方向橫向滑動，壓電陶瓷管與滑塊軸向固定，與滑塊連接的壓電陶瓷管負責(zé)縱向移動，另一壓電陶瓷管負責(zé)三維方向位置的細調(diào)。
進一步地，所述固定槽的外表面呈圓弧形，其內(nèi)表面呈與夾緊套層相配的階梯狀。
進一步地，所述夾緊套層為一矩形套筒。
進一步地，所述滑塊呈長方體狀。
進一步地，所述剪切晶體的位置靠近滑塊、夾緊套層的兩端，其厚度與安裝間隙相配。
進一步地，所述壓電陶瓷管為兩個，兩壓電陶瓷管對接后安裝在滑塊的一端。
進一步地，所述壓電陶瓷管為兩個，也可分別安裝在滑塊的兩端。
進一步地，所述負責(zé)三維方向位置細調(diào)的壓電陶瓷管的頂端設(shè)置有探針安裝座。
進一步地，所述壓電陶瓷管、探針安裝座、滑塊之間采用絕緣材料連接，連接處用真空絕緣樹脂膠進行固化。
進一步地，所述剪切晶體與矩形套層、固定槽之間設(shè)有絕緣層，該絕緣層可為薄的寶石片。
本發(fā)明通過四對剪切晶體和與滑塊固定的第一壓電陶瓷管分別來控制探針在橫向和縱向上的移動，再通過與探針粘接的第二壓電陶瓷管完成三維方向上位置的細調(diào)，由于剪切晶體和壓電陶瓷管的高精度驅(qū)動功能，使得本發(fā)明在三維方向的粗調(diào)范圍在1mm以上，細調(diào)精度在0.1nm。


圖1為在滑塊上固定剪切晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為滑塊與夾緊套層相固定的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為夾緊套層安裝在固定槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為夾緊套層安裝在固定槽內(nèi)的立體示意圖；圖5為壓電陶瓷管的連接示意圖；圖6為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為壓電陶瓷管分別設(shè)置在滑塊兩端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為剪切晶體上的電極設(shè)置示意圖；圖9為安裝有金屬管的壓電陶瓷管的電極設(shè)置示意圖；圖10為安裝在滑塊上的壓電陶瓷管的電極設(shè)置示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，滑塊1呈長方體狀，其外表面相對兩側(cè)固定有兩對剪切晶體2。
如圖2所示，選用材質(zhì)硬、質(zhì)量輕的材料來制作滑塊1，滑塊1通過剪切晶體2固定在夾緊套層3內(nèi)，與夾緊套層3夾緊并可沿其內(nèi)壁滑動，夾緊套層3為一矩形套筒，在夾緊套層3的內(nèi)壁與剪切晶體2之間設(shè)置有薄的寶石片，既起到很好的絕緣作用，又光滑耐磨，剪切晶體的面積大于與之粘結(jié)的寶石片的面積，以便留出空間來粘貼導(dǎo)線，當然，滑塊也可制成具有其他截面形狀的長條形，如截面為平行四邊形，只要粘結(jié)剪切晶體的兩個對邊互相平行、能實現(xiàn)探針的橫向移動即可，但是在有限的安裝空間內(nèi)，移動的距離和效率都將減?。粖A緊套層3外壁相對兩側(cè)固定有兩對剪切晶體4，固定剪切晶體4的外壁與滑塊1上固定剪切晶體的外表面相垂直。
如圖3、圖4所示，固定槽5的外表面呈圓弧形，其內(nèi)表面呈與夾緊套層3相配的階梯狀，裝有滑塊1的夾緊套層3通過其外壁相對兩側(cè)的兩對剪切晶體4設(shè)置在固定槽5內(nèi)，固定槽5的內(nèi)壁上開有與剪切晶體4相配的安裝槽6，夾緊套層3與固定槽5夾緊并可沿與滑塊1上剪切晶體驅(qū)動方向垂直的方向橫向滑動。
如圖5所示，壓電陶瓷管6和壓電陶瓷管7之間用絕緣材料做成的連接頭連接，連接頭中間粗，兩側(cè)細，細端插入壓電陶瓷管，探針的安裝座為金屬管9，壓電陶瓷管7和細金屬管9之間用絕緣堵頭8連接，絕緣堵頭8中心鉆有一個細孔，用于插入細金屬管9。
如圖6所示，壓電陶瓷管6和滑塊1之間也是用絕緣材料連接，所用的絕緣連接材料選用硬質(zhì)且少放氣的材料，絕緣材料做成一端細，插入壓電陶瓷管，另一端粗，與滑塊1粘接，所有粘接和可能松動的地方都用真空絕緣樹脂膠固化牢固。壓電陶瓷管的設(shè)置也可采用如圖7所示的方式，壓電陶瓷管6粘接在滑塊的一端，壓電陶瓷管7粘接在滑塊的另一端。
如圖8所示每組剪切晶體有兩個電極，負責(zé)驅(qū)動電壓的加載；如圖9所示，與安裝探針的金屬管9相固定的壓電陶瓷管7有5個電極，分別負責(zé)橫向(4個電極)和縱向(1個電極)移動的驅(qū)動電壓的加載；如圖10所示，與滑塊連接的壓電陶瓷管2有兩個電極，加載驅(qū)動電壓使陶瓷管伸縮，通過伸縮速度的不同，引起探針縱向移動。
剪切晶體與連接在一起的滑塊是否絕緣均可，如果絕緣(滑塊采用絕緣材料制成)，則需要的引線增多，需要將剪切晶體與滑塊接觸一側(cè)的電極引線并在一起接地，如果不絕緣(滑塊由金屬材料制成)，只需將滑塊接地即可，滑塊和矩形套層上每兩對剪切晶體的導(dǎo)線串連在一起，以便同時加電壓，使它們剪切移動方向和幅度一致，完成某一橫向方向的移動。
權(quán)利要求
1.一種掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，包括固定槽、夾緊套層、滑塊、剪切晶體和壓電陶瓷管，滑塊通過固定在其外表面相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在夾緊套層內(nèi)，與矩形套層夾緊并可沿其內(nèi)壁滑動，夾緊套層通過固定在其外壁相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在固定槽內(nèi)，與固定槽夾緊并可沿與所述滑塊上剪切晶體驅(qū)動方向垂直的方向橫向滑動，壓電陶瓷管與滑塊軸向固定，與滑塊連接的壓電陶瓷管負責(zé)縱向移動，另一壓電陶瓷管負責(zé)三維方向位置的細調(diào)。
2.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述固定槽的外表面呈圓弧形，其內(nèi)表面呈與夾緊套層相配的階梯狀。
3.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于所述夾緊套層為一矩形套筒。
4.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述滑塊呈長方體狀。
5.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述剪切晶體的位置靠近滑塊、夾緊套層的兩端，其厚度與安裝間隙相配。
6.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷管為兩個，兩壓電陶瓷管對接后安裝在滑塊的一端。
7.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷管為兩個，也可分別安裝在滑塊的兩端。
8.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述負責(zé)三維方向位置細調(diào)的壓電陶瓷管的頂端設(shè)置有探針安裝座。
9.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷管、探針安裝座、滑塊之間采用絕緣材料連接，連接處用真空絕緣樹脂膠進行固化。
10.如權(quán)利要求1所述的掃描探針顯微鏡探針驅(qū)動裝置，其特征在于，所述剪切晶體與矩形套層、固定槽之間設(shè)有絕緣層，該絕緣層可為薄的寶石片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種掃描探針顯微鏡的探針驅(qū)動裝置，包括固定槽、夾緊套層、滑塊、剪切晶體和壓電陶瓷管，滑塊通過固定在其外表面相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在夾緊套層內(nèi)，與矩形套層夾緊并可沿其內(nèi)壁滑動，夾緊套層通過固定在其外壁相對兩側(cè)的兩對剪切晶體設(shè)置在固定槽內(nèi)，與固定槽夾緊并可沿與所述滑塊上剪切晶體驅(qū)動方向垂直的方向橫向滑動，壓電陶瓷管與滑塊軸向固定，與滑塊連接的壓電陶瓷管負責(zé)探針縱向移動，與探針連接的壓電陶瓷管負責(zé)三維方向上位置的細調(diào)。該裝置可在非常有限的小空間內(nèi)實現(xiàn)掃描探針顯微鏡的探針(或樣品)位置在三維方向上大范圍地高精度調(diào)節(jié)。
文檔編號G12B21/00GK1588558SQ20041007000
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者白雪冬, 梁學(xué)錦, 陳東敏, 王恩哥, 薛其坤 申請人:中國科學(xué)院物理研究所