[發(fā)明專利]一種顯微監(jiān)控型可選區(qū)原子力顯微成像方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210192154.6
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102721833A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章海軍;丑若帆;張冬仙;劉明月
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種顯微監(jiān)控型可選區(qū)原子力顯微成像方法及裝置。

背景技術(shù)

微納米技術(shù)是國際上近年來飛速發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域，美、歐、日等發(fā)達(dá)國家及我國都將微納米技術(shù)列入二十一世紀(jì)國家科技發(fā)展戰(zhàn)略中優(yōu)先發(fā)展的前沿技術(shù)領(lǐng)域。以掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）等為代表的掃描探針顯微鏡（SPM）家族，是微納米技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的微納米檢測技術(shù)及儀器，是微納米技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。其中，AFM不受微納米樣品的導(dǎo)電性（導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體）、磁性（磁體與非磁體）及物質(zhì)態(tài)（固態(tài)、膠體與液態(tài)）等的限制，因而在微納米技術(shù)及其分支學(xué)科中的研究及應(yīng)用更為廣泛，對科學(xué)技術(shù)特別是微納米技術(shù)的發(fā)展起到了重要的推動作用。

需要指出，國內(nèi)外大多數(shù)AFM技術(shù)及儀器（以下也稱常規(guī)型或普通型AFM），雖然其掃描檢測精度可以達(dá)到納米量級，但也存在操作復(fù)雜、維護(hù)要求嚴(yán)苛、掃描區(qū)域的選擇存在隨機(jī)性與盲目性、顯微成像性能存在局限性等缺點(diǎn)。例如，由于AFM的微懸臂尺寸很小，總長度一般為100μm或200μm，而微懸臂的尖端部尺寸一般在微米量級，如果沒有顯微監(jiān)控，很難將直徑在微米量級的激光光斑與微懸臂尖端部對準(zhǔn)，而激光光斑的聚焦與對準(zhǔn)等調(diào)節(jié)質(zhì)量的好壞，直接影響到AFM掃描成像質(zhì)量；同樣，在沒有顯微監(jiān)控的情況下，AFM只能隨機(jī)地用微懸臂（微探針）對與微探針正對的樣品表面區(qū)域進(jìn)行掃描成像，因而存在隨機(jī)性和盲目性；此外，也無法對自己感興趣的樣品表面區(qū)域進(jìn)行選區(qū)和AFM掃描成像。因此，需要在AFM的原理、方法和技術(shù)性能上進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。

將光學(xué)顯微監(jiān)控與原子力顯微鏡（AFM）顯微成像相結(jié)合的方法，以及將AFM掃描器與二維步進(jìn)微動臺相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)微納米樣品掃描區(qū)域的實(shí)時監(jiān)控與選區(qū)，并可對激光束與AFM微懸臂（與微探針集成在一起）的調(diào)節(jié)與對準(zhǔn)過程進(jìn)行監(jiān)控，同時，有效地監(jiān)控樣品與AFM微懸臂（微探針）的微納米逼近過程，克服了常規(guī)AFM在這些方面的隨機(jī)性、盲目性和局限性，為實(shí)現(xiàn)樣品的顯微監(jiān)控、可選區(qū)（微米至厘米級視場內(nèi)任選區(qū)域）、大范圍（微米級掃描范圍及相鄰掃描圖像拼接）、高分辨率（納米量級）的原子力顯微成像提供了新的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服常規(guī)AFM在樣品掃描區(qū)域監(jiān)控與選區(qū)、光斑與微懸臂對準(zhǔn)、樣品與微探針逼近過程監(jiān)控等方面存在的隨機(jī)性、盲目性和局限性，提供一種顯微監(jiān)控型可選區(qū)原子力顯微成像方法及裝置。

顯微監(jiān)控型可選區(qū)原子力顯微成像方法：采用將光學(xué)顯微監(jiān)控與原子力顯微鏡顯微成像相結(jié)合的方法，以及將原子力顯微鏡掃描器與二維步進(jìn)微動臺相結(jié)合的方法，引入半透半反棱鏡、光學(xué)顯微物鏡與CCD，對樣品的原子力顯微鏡掃描區(qū)域進(jìn)行實(shí)時顯微監(jiān)控；同時，對激光束在原子力顯微鏡微探針上照射光斑的調(diào)節(jié)與對準(zhǔn)過程進(jìn)行監(jiān)控，從而有效提高原子力顯微鏡的操作性能與掃描成像質(zhì)量；此外，對樣品與原子力顯微鏡微探針的微納米逼近過程進(jìn)行監(jiān)控，從而提高微納米逼近操作的效率和可靠性；引入二維步進(jìn)微動臺，在顯微監(jiān)控下，對感興趣的樣品表面區(qū)域進(jìn)行選區(qū)，并配合原子力顯微鏡掃描器實(shí)現(xiàn)樣品表面任意區(qū)域的原子力顯微成像；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)樣品的顯微監(jiān)控、從微米至厘米級視場內(nèi)任選區(qū)域，從微米級掃描范圍及相鄰掃描圖像拼接得到大范圍、納米量級高分辨率的原子力顯微鏡成像。

顯微監(jiān)控型可選區(qū)原子力顯微成像裝置包括顯微監(jiān)控型可選區(qū)AFM探頭、前置放大器、XY掃描與Z反饋控制單元、XYZ高壓放大模塊、步進(jìn)控制模塊、視頻采集模塊、計算機(jī)及硬件接口；前置放大器與激光器及位置敏感元件連接，同時與XY掃描與Z反饋控制單元連接，XY掃描與Z反饋控制單元與XYZ高壓放大模塊及計算機(jī)及硬件接口連接，步進(jìn)控制模塊兩端分別與步進(jìn)電機(jī)、計算機(jī)及硬件接口連接，視頻采集模塊兩端分別與CCD、計算機(jī)及硬件接口連接。