[發(fā)明專利]一種多參數(shù)同步測量的開爾文探針力顯微鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710093420.2
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106645808B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝暉;張?zhí)?/a>;孟祥和;宋健民
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01Q60/30
• 分類號: G01Q60/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 宋詩非

一種多參數(shù)同步測量的開爾文探針力顯微鏡，涉及開爾文探針力顯微鏡，目的是為了解決傳統(tǒng)的開爾文探針力顯微鏡無法實現(xiàn)樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢的同步表征的問題。本發(fā)明的直流電源用于產(chǎn)生直流信號，并將該直流信號加載到導(dǎo)電探針與樣品之間，信號發(fā)生器產(chǎn)生三路相同的信號，頻率與導(dǎo)電探針二階共振頻率相同，第一路與任意波發(fā)生器產(chǎn)生的信號通加法器疊加后用于控制三號壓電控制器，使三號壓電控制器驅(qū)動探針手上的壓電陶瓷；第二路作為參考信號發(fā)送至鎖相放大器；第三路通過移相器移相90度后加載到導(dǎo)電探針與樣品之間；鎖相放大器輸出的信號發(fā)送至上位機。本發(fā)明適用于樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開爾文探針力顯微鏡。

背景技術(shù)

開爾文探針力顯微鏡(Kelvin Probe Force Microscopy,KPFM)是掃描探針顯微鏡(Scanning probe microscopy，SPM)家族中的一員，它將開爾文探針技術(shù)與原子力顯微鏡(Atomic force microscopy,AFM)結(jié)合，實現(xiàn)了樣品表面局部電勢的表征。傳統(tǒng)的開爾文探針力顯微鏡通過不同的測量方法可以實現(xiàn)樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢的表征。例如“抬起模式(lift-up mode)”通過兩次掃描可以獲得樣品的表面形貌和局部電勢，“共振模式(tapping mode)”通過一次掃描可以同時獲得樣品的表面形貌和局部電勢，而“峰值力模式(peak force mode)”是一種間斷接觸模式，掃描時每線進(jìn)行兩次掃描，首次掃描獲得樣品的表面形貌和力學(xué)特性，然后利用“抬起模式”第二次掃描獲得樣品的表面局部電勢。雖然現(xiàn)有的方法可以實現(xiàn)樣品表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢的表征，但是不能實現(xiàn)這些參數(shù)的同步表征，也就是說不能通過一次掃描同時獲得樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢。

發(fā)明內(nèi)容

力學(xué)特性和表面局部電勢對于理解微電子器件的功能、微生物活性以及許多機-電和生物現(xiàn)象是非常重要的，并且許多測量具有時效性和機-電耦合特性。另外，探針和樣品之間的接觸電勢差將對樣品表面形貌的測量造成誤差。因此，同時測量樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢是非常有意義的。鑒于傳統(tǒng)的開爾文探針力顯微鏡無法實現(xiàn)樣品的表面形貌、力學(xué)特性和表面局部電勢的同步表征，本發(fā)明提供了一種多參數(shù)同步測量的開爾文探針力顯微鏡。

本發(fā)明所述的一種多參數(shù)同步測量的開爾文探針力顯微鏡包括XY微米定位臺12、XYZ納米定位臺13、開爾文掃描樣品臺15、XYZ微米定位臺8、一維大量程調(diào)整微平臺10、探針手支架9、探針手7、上位機、直流電源、任意波發(fā)生器、采集卡、信號發(fā)生器、移相器、鎖相放大器、四象限位置檢測器、半導(dǎo)體激光發(fā)生器、一號壓電控制器、二號壓電控制器和三號壓電控制器；

開爾文掃描樣品臺15固定在XYZ納米定位臺13上，XYZ納米定位臺13固定在XY微米定位臺12上；探針手7上安裝有導(dǎo)電探針7-4和能夠帶動導(dǎo)電探針7-4沿豎直方向即Z方向移動的壓電陶瓷7-2，探針手7固定在探針手支架9上，探針手支架9固定在XYZ微米定位臺8上，XYZ微米定位臺8固定在一維大量程調(diào)整微平臺10上；

上位機通過一號壓電控制器驅(qū)動開爾文掃描樣品臺15上的壓電陶瓷移動、通過二號壓電控制器驅(qū)動XYZ納米定位臺13上的壓電陶瓷移動、通過三號壓電控制器驅(qū)動探針手7上的壓電陶瓷移動；

半導(dǎo)體激光發(fā)生器18產(chǎn)生的激光入射至導(dǎo)電探針7-4上，經(jīng)導(dǎo)電探針7-4反射的激光入射至四象限位置檢測器4；

四象限位置檢測器4的探測信號通過采集卡發(fā)送至上位機，該探測信號還作為反饋信號發(fā)送至鎖相放大器；

直流電源用于在上位機的控制下產(chǎn)生直流信號，并將該直流信號加載到導(dǎo)電探針7-4與樣品15-8之間；