[發明專利]一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置及方法

在審

• 申請號: 201410682303.6
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104374954A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 韓雄;錢鋒;王矛宏;羅力
• 申請（專利權）人: 蘇州飛時曼精密儀器有限公司
• 主分類號: G01Q30/00
• 分類號: G01Q30/00
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 蘇泳生

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技術領域

本發明涉及一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置及方法。

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背景技術

掃描探針顯微鏡（SPM）是通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件（一般稱之為掃描探針）之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質，將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時微小針尖將與樣品相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化；掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，而工作中通常是利用激光檢測法測得微懸臂對應于掃描各點的位置變化，從而以納米級分辨率獲得表面結構信息的。由此可知，要使得掃描探針和待測樣品之間產生原子間作用力，工作時，必須使掃描探針自動趨近到樣品表面，且兩者之間不能觸碰需維持一個恒定的距離，且這個距離的長度是納米級的，對掃描探針與樣品之間趨近的穩定性要求很高。

當前所有的掃描探針顯微鏡探針與樣品的趨近方法都是：保持樣品的位置不變，采用伺服馬達或步進馬達驅動掃描探頭（裝有探針）接近樣品的趨近方式。

采用這種趨近方式，掃描探頭與樣品臺之間都是分離式的結構，常用的有兩種結構裝置：一種是掃描探頭與樣品臺之間通過三角支撐螺桿相連，在探針趨近樣品時，由于無法保證三角支撐螺桿的同步性，一般先控制其中兩個支撐架下降到一定位置，再控制第三個支撐架下降，使探針最終接近樣品；因此這種結構裝置存在的缺點是由于探針趨近樣品時并不是垂直下降的，探針趨近后，樣品掃描區域會偏移，難以實現樣品掃描區域的精確定位；還有一種是掃描探頭與樣品臺之間通過懸臂梁結構相連，兩者之間呈一個倒U形；在探針趨近樣品時，只需控制懸臂梁的下降使探針接近樣品即可；這種結構裝置雖然能使探針垂直接近樣品，但由于探針與樣品之間結構回路長，機械噪音增大，穩定性也隨之降低。

基于以上所述，現有的掃描探針顯微鏡探針與樣品趨近方式存在著諸多的缺陷與限制，為解決這些問題，現在急需開發一種新型的掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近方法。

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發明內容

本發明的目的是提供一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置及方法，以克服目前現有技術存在的上述不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近裝置，包括底座，所述底座上設有樣品臺，所述樣品臺上端均勻設有若干固定架，所述固定架上端設有掃描探頭，所述掃描探頭內部設有與探針相匹配的探針架，所述樣品臺設置于所述探針架的前端，并且所述樣品臺內部設有可進行三維移動的樣品移動裝置，所述樣品移動裝置內設有掃描器，所述掃描器連接有位于所述樣品移動裝置內部的Z向移動導軌，并且所述樣品移動裝置還設有相匹配的控制裝置。

進一步的，所述控制裝置包括控制樣品移動裝置進行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置在Z向移動導軌內移動的微型伺服電機，所述微型伺服電機設置于所述Z向移動導軌的下端。

優選的，所述固定架的數目為三個。

優選的，所述三個固定架呈三角形排布。

一種掃描探針顯微鏡的探針與樣品趨近方法，包括以下步驟：

將待檢測的探針固定在探針架上，然后保持探針的位置不變；

將待測的樣品放置在樣品臺上端的掃描器上，通過控制裝置控制樣品移動裝置在水平方向和Z向軌道內進行移動，直到移動到與探針達到預計的位置處停止。

進一步的，所述控制裝置包括控制樣品移動裝置進行水平移動的手動控制器以及控制樣品移動裝置在Z向移動導軌內移動的微型伺服電機，所述微型伺服電機設置于所述Z向移動導軌的下端。

優選的，所述固定架的數目為三個。

優選的，所述三個固定架呈三角形排布。

本發明的有益效果為：本裝置結構簡單，容易操作，通過將掃描探頭與樣品臺的結構集成一體，使得兩者之間結構回路縮短，極大的降低了探針與樣品之間的機械噪音，提高了儀器的精度和抗干擾性；另外在樣品趨近時，樣品能夠完全垂直的接近探針，實現了對樣品掃描區域的精確定位，進而提高了測量的精確度，有效的提高了裝置的實用性，有利于市場的推廣與應用。

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附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。