[發(fā)明專利]一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510089015.4
• 申請(qǐng)日: 2015-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN104634997B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳森;胡曉東;徐臨燕;胡小唐;劉璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01Q60/24
• 分類號(hào): G01Q60/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，包括有搭載在垂直升降電機(jī)(1)上的用于對(duì)樣品(20)進(jìn)行水平方向一維掃描的X向掃描器(2)，其特征在于，還設(shè)置有對(duì)應(yīng)于樣品(20)用于對(duì)樣品(20)進(jìn)行Y、Z向掃描的二維掃描模塊(I)，以及與所述的二維掃描模塊(I)光路連接用于對(duì)樣品(20)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)的光杠桿檢測(cè)模塊(II)和光學(xué)顯微鏡模塊(III)；

所述的二維掃描模塊(I)包括有對(duì)樣品(20)進(jìn)行水平方向一維掃描的Y向掃描器(3)，對(duì)樣品(20)進(jìn)行豎直方向一維掃描的Z向掃描器(6)，所述的Z向掃描器(6)固定在所述Y向掃描器(3)的運(yùn)動(dòng)部上，且所述的X向掃描器(2)、Y向掃描器(3)和Z向掃描器(6)的運(yùn)動(dòng)方向相互正交，所述Y向掃描器(3)的運(yùn)動(dòng)部上設(shè)置有非球面透鏡(4)和熱反射鏡(5)，所述的非球面透鏡(4)的主光軸與Y軸平行，所述的熱反射鏡(5)分別與Z軸和Y軸成45°角，反射面朝向非球面透鏡(4)和Z向掃描器(6)，所述Z向掃描器(6)的底端通過探針夾持器(7)設(shè)置有用于對(duì)樣品(20)進(jìn)行檢測(cè)的懸臂梁探針(8)，所述懸臂梁探針(8)位于非球面透鏡(4)經(jīng)熱反射鏡(5)反射后的焦點(diǎn)處，所述懸臂梁探針(8)的寬度方向與Y軸平行，長(zhǎng)度方向與X軸成8°～12°夾角，且探針針尖位于最低點(diǎn)；

所述的光杠桿檢測(cè)模塊(II)包括有沿二維掃描模塊(I)中的非球面透鏡(4)的主光軸方向依次設(shè)置的四分之一波片(12)、極化分光鏡(11)、準(zhǔn)直鏡(10)和近紅外激光器(9)，以及依次設(shè)置在所述極化分光鏡(11)的反射光路上的帶通濾光片(13)和光電探測(cè)器(14)；

所述的光學(xué)顯微鏡模塊(III)包括有依次設(shè)置在二維掃描模塊(I)中的熱反射鏡(5)正上方的物鏡(15)、分光鏡(17)、管鏡(18)和相機(jī)(19)，以及設(shè)置在所述分光鏡(17)入射光路上的照明光源(16)，所述照明光源(16)同軸耦合進(jìn)入物鏡(15)，所述物鏡(15)的焦平面位于懸臂梁探針(8)上或位于樣品(20)的表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的樣品(20)固定在所述的X向掃描器(2)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的Z向掃描器(6)的行程小于非球面透鏡(4)的景深。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的非球面透鏡(4)、熱反射鏡(5)、Z向掃描器(6)、探針夾持器(7)和懸臂梁探針(8)隨Y向掃描器(3)一起運(yùn)動(dòng)，掃描過程中激光相對(duì)于懸臂梁探針(8)的位置、入射角以及焦斑大小保持不變。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的二維掃描模塊(I)中的非球面透鏡(4)和熱反射鏡(5)以及光杠桿檢測(cè)模塊(II)中的準(zhǔn)直鏡(10)、極化分光鏡(11)、四分之一波片(12)和帶通濾光片(13)均對(duì)近紅外波段有效；非球面透鏡(4)、準(zhǔn)直鏡(10)、極化分光鏡(11)、四分之一波片(12)和帶通濾光片(13)的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)或中心波長(zhǎng)與近紅外激光器(9)發(fā)出的激光波長(zhǎng)一致。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種適用于高速掃描的原子力顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述的光杠桿檢測(cè)模塊(II)和二維掃描模塊(I)之間傳遞的激光束為平行光束，傳播方向平行于Y軸，偏振形式為線偏光。