[發(fā)明專利]一種雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210192166.9
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102707093A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張冬仙;丑若帆;章海軍;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)明涉及一種雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國防等各個領(lǐng)域的最重要特點之一，是朝著容量更大、速度更快、尺度更小的方向飛速發(fā)展及延伸，人類社會已真正進(jìn)入信息時代及微納米時代。微納米技術(shù)正是在二十世紀(jì)末、二十一世紀(jì)初快速發(fā)展起來的前沿技術(shù)，世界上各主要國家都將微納米技術(shù)作為新世紀(jì)的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。而光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）及掃描探針顯微鏡（SPM）等微納米探測與顯微成像技術(shù)，是微納米技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。SPM家族中最具代表性的是掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM），其中尤其以AFM的研究和應(yīng)用更為廣泛，因為AFM不受微納米樣品的導(dǎo)電性、磁性及物質(zhì)態(tài)（固態(tài)、膠體、液態(tài)）等的限制，因而在在物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、微電子學(xué)、光電子學(xué)、生命科學(xué)及微納米技術(shù)的其他領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用，極大地推動了科學(xué)技術(shù)特別是微納米技術(shù)的發(fā)展。

隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，也必然會對AFM技術(shù)提出新的要求。目前，世界上絕大多數(shù)AFM，或稱之為常規(guī)AFM，其探測頭都是采用微探針固定、對樣品進(jìn)行掃描的形式。這些AFM儀器能夠較好地實現(xiàn)小質(zhì)量、小尺寸的微納米樣品的小范圍掃描成像，但不能實現(xiàn)尺寸和重量較大的樣品的掃描探測，而顯而易見的是，尺寸和重量較大的樣品占大多數(shù)。為此，需要克服常規(guī)AFM的局限性，研究發(fā)展出新型探針掃描式（樣品固定）AFM技術(shù)，而這其中，需要解決光束與微探針的聯(lián)動跟蹤、消除掃描器的X與Y軸耦合干擾及圖像畸變、消除Z向反饋的干擾信號及圖像失真等關(guān)鍵技術(shù)問題。

采用將樣品固定在開放式樣品臺上、用雙管掃描器掃描微探針并且聯(lián)動跟蹤光束的方法，實現(xiàn)各種樣品的微納米結(jié)構(gòu)探測與AFM掃描成像，很好地克服了常規(guī)樣品掃描型AFM及現(xiàn)有探針掃描式AFM尚存在的局限性，為實現(xiàn)各類微納米樣品（尺寸和重量不受限制）的無畸變、無失真、快速和高精度微納米掃描成像提供了新的技術(shù)途徑，可廣泛應(yīng)用于微納米技術(shù)的各個領(lǐng)域，進(jìn)而滿足我國國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展、科學(xué)技術(shù)及國防等領(lǐng)域的國家需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測方法及系統(tǒng)。

雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測方法：采用將樣品固定在開放式樣品臺上、用雙管掃描器掃描微探針并且聯(lián)動跟蹤光束的方法，引入一個跟隨雙管掃描器一起掃描的聯(lián)動透鏡，?XY掃描移動量與微探針移動量保持一致，微探針始終位于聯(lián)動透鏡的焦面上，在雙管掃描器、微探針、跟蹤透鏡聯(lián)動掃描時，從激光器發(fā)射并經(jīng)過聯(lián)動透鏡聚焦而成的激光光斑，能始終斜向照射聚焦于微探針上，從而實現(xiàn)光束跟蹤；從微探針反射的光束，垂直照射到光電位置探測器上，由于微探針的Z反饋運動方向與反射光束的光軸重合，反射光斑在光電位置探測器上的重心位置不會因反饋運動而變化，因此有效避免反饋運動導(dǎo)致的偽信號及原子力顯微鏡圖像失真；采用上下雙層結(jié)構(gòu)、相互正交二等分的雙管掃描器，分別實現(xiàn)X軸和Y軸的微納米掃描，兩者彼此獨立，不產(chǎn)生耦合，因此掃描得到的AFM圖像不會產(chǎn)生畸變。

雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測系統(tǒng)包括雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測頭、前置放大器、掃描與反饋控制單元、硬件接口、計算機和顯示器；前置放大器與光電位置探測器及掃描與反饋控制單元連接，掃描與反饋控制單元與雙管掃描器、硬件接口相連，硬件接口與計算機連接，計算機與顯示器連接。

所述的雙管掃描器聯(lián)動跟蹤型原子力顯微探測頭包括激光器、聯(lián)動透鏡、L形結(jié)構(gòu)、楔塊、探針座、微探針、光電位置探測器、雙管掃描器、墊塊、裝配座、導(dǎo)軌、立架、粗調(diào)機構(gòu)、細(xì)調(diào)機構(gòu)、底座、樣品臺、樣品；聯(lián)動透鏡通過L形結(jié)構(gòu)及微探針座與雙管掃描器相連，微探針通過探針座與雙管掃描器相連，雙管掃描器通過墊塊固定在裝配座上，激光器和光電位置探測器分別安裝固定在裝配座上，裝配座與導(dǎo)軌相連，導(dǎo)軌安裝在立架上并通過粗調(diào)機構(gòu)和細(xì)調(diào)機構(gòu)作垂直上下移動，立架和樣品臺分別固定在底座上，樣品安裝在樣品臺上。