[實(shí)用新型]雙探針同點(diǎn)測量掃描探針顯微鏡

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720130840.5
• 申請(qǐng)日: 2007-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN201163262Y
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸輕鈾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N13/10
• 分類號(hào): G01N13/10;G12B21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種可在同一樣品的同一待測點(diǎn)以兩根獨(dú)立的探針進(jìn)行測量與掃描成像的掃描雙探針顯微鏡，屬于掃描探針顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的掃描探針顯微鏡(SPM)種類很多，例如包括掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、磁力顯微鏡(MFM)等等，這些不同種類的掃描探針顯微鏡各有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)：STM能測量電子態(tài)密度這類重要的量子信息，具有原子分辨率，且可以進(jìn)行原子操縱，但卻不能測量絕緣樣品，也不能獲得樣品自旋電子學(xué)和磁學(xué)方面的重要信息；而AFM雖可以測量絕緣樣品，也具有原子分辨率，但卻不能給出電子態(tài)密度和磁學(xué)方面的信息；MFM能提供自旋電子學(xué)和磁學(xué)方面的數(shù)據(jù)，但分辨率一般不高于20納米，不具有原子分辨率，也不能進(jìn)行原子操縱。

為解決上述問題，德國物理學(xué)家F.J.Giessibl等人于1994年在科研學(xué)刊《科學(xué)儀器評(píng)論》(Review?of?Scientific?Instrument)第65期1923頁上撰寫論文，提出用同一根探針既作STM的探針，又作AFM或其他SPM的掃描探針來構(gòu)成組合顯微鏡。這帶來的一個(gè)問題是：這根探針不太可能對(duì)構(gòu)成組合顯微鏡的所有不同的SPM都是最好的選擇。這其中會(huì)有一定的妥協(xié)。比如，鎢、鉑、銥探針適合做STM探針，但它們非鐵磁性，不能做MFM探針。如果將它們鍍上鐵，再磁化，制成MFM探針，則又損壞了探針的銳利度(分辨率)，不適合再作STM探針。即使能夠找到具有原子分辨率的磁性探針，如何將所獲信號(hào)中的磁作用徹底從當(dāng)?shù)貞B(tài)密度(local?density?of?states，縮寫為LDOS)中分離，這是第一個(gè)難題。

如用多探針(STM探針+AFM探針+MFM探針+…)來構(gòu)筑組合顯微鏡，那么如何原位(in-situ)換針(不破壞真空與樣品的前提下?lián)Q針)，又如何能使換入的不同類別的探針像單探針SPM那樣指向同一處樣品測量點(diǎn)(同點(diǎn)測量)就很困難，這是第二個(gè)難題。

多探針組合顯微鏡的體積如何減小，以適于放入到各種極端的物理環(huán)境中去，也不容易，這是第三個(gè)難題。

此外，使用多探針必須引入更多的控制器去控制增加了的自由度，這使得成本、復(fù)雜度、干擾、熱穩(wěn)定性都構(gòu)成一個(gè)難題。例如，Alex?deLozanne等人在2006年3月第5卷第2期IEEE?TRANSACTIONS?0N?NANOTECHNOLOGY期刊的第77頁撰文依靠(步進(jìn)地)移動(dòng)第二探針來尋找相距較遠(yuǎn)的第一探針(固定不動(dòng))的測量點(diǎn)，其算法與設(shè)備都很復(fù)雜：需要在XY平面內(nèi)以超出單個(gè)掃描管最大掃描范圍這樣的大范圍來移動(dòng)一根探針(2個(gè)長程自由度，或稱XY步進(jìn)自由度)才能讓雙針針尖靠近到最大掃描成像范圍之內(nèi)而測量同一樣品點(diǎn)，雙針的Z方向粗逼近也需要2個(gè)長程自由度(或稱粗逼近自由度)，共計(jì)4個(gè)長程控制自由度(不計(jì)短程的XYZ掃描成像自由度)，而且還需要兩臺(tái)反饋控制器來獨(dú)立控制雙針的Z反饋調(diào)節(jié)(非常昂貴)，此外，雙針還只能同為STM探針，不能選用不同類型的探針，因?yàn)镾TM探針是細(xì)長型的，兩個(gè)STM探針相交45度以內(nèi)還可讓它們的針尖靠得很近甚至相碰，但AFM探針是金字塔型的且塔底又固定于微懸梁(cantilever)上，STM探針必須與AFM探針的角度張得很開才能可讓它們的針尖靠得很近，這在安裝上非常困難，甚至不可行。

鑒此，本實(shí)用新型提出一種通過橫向驅(qū)動(dòng)樣品(僅需一個(gè)長程自由度)將第一探針在樣品上的測量點(diǎn)送至第二探針的掃描范圍之內(nèi)來實(shí)現(xiàn)同點(diǎn)測量，加上兩個(gè)粗逼近自由度，共計(jì)僅3個(gè)長程自由度即可，而且雙探針只需要平行或小角度設(shè)置即可，可以選用完全不同種類的探針，反饋控制器也僅需一個(gè)即可，因?yàn)榭梢詢H掃描樣品來成像(雙探針皆不掃描)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于為解決上述雙探針同點(diǎn)測量控制復(fù)雜以及難以選用不同種類探針的難題，提供一種簡單易控的雙探針同點(diǎn)測量掃描探針顯微鏡。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種雙探針同點(diǎn)測量掃描探針顯微鏡，包括基體，樣品座，其特征在于還包括第一探針、第二探針、第一Z定位器、第二Z定位器、定位座、XY壓電掃描器，樣品座固定于XY壓電掃描器上，第一Z定位器固定于定位座上，第一探針固定于第一Z定位器的移動(dòng)端并指向樣品座構(gòu)成第一Z調(diào)節(jié)器，第二Z調(diào)節(jié)器以下列三種方式之一構(gòu)成：

(a)第二Z定位器固定于定位座上，第二探針固定于第二Z定位器的移動(dòng)端并指向樣品座，定位座與XY壓電掃描器固定于基體上；