[發(fā)明專利]具有光纖的多自由度樣品桿

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811450191.6
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111261478B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏濤;張奕志
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01J37/20
• 分類號: H01J37/20;H01J37/244
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 杜放

本發(fā)明公開了具有光纖的多自由度樣品桿，包括骨架，骨架開有光纖槽。在骨架側(cè)面開設(shè)有用于光纖通過的光纖槽，不僅能夠避免光纖的磨損和纏繞，走線美觀；而且光纖槽與前端電路板銜接，前端電路板具有導(dǎo)引光纖的作用，光纖頭部經(jīng)過前端電路板，光纖頭部具有較小的彎曲幅度，光波不會發(fā)生衰減。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子顯微鏡、透射電鏡下使用的樣品桿。

背景技術(shù)

透射電子顯微鏡(TEM)可以看到在普通光學(xué)顯微鏡下無法看清的小于0.2μm的細(xì)微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。1932年Ruska發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，目前TEM的分辨力可達(dá)0.2nm。

原位觀察技術(shù)在透射電子顯微學(xué)研究中有著悠久的歷史。通過在樣品上施加各種物理作用，利用透射電子顯微鏡(透射電鏡)來觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)狀態(tài)的變化，可以直觀地研究材料或器件在實際使用過程中的性能表現(xiàn)，對于材料性能的研究有著重要的實際意義。透射電鏡中的原位技術(shù)其難度在于不但要將物理作用準(zhǔn)確地施加在樣品上，同時還要滿足一系列苛刻的條件，比如要維持電鏡系統(tǒng)的超高真空度，保證樣品臺極高的穩(wěn)定度，且不能干擾成像光路，整個結(jié)構(gòu)必須緊湊以適用于透射電鏡狹小的樣品室等。因此，原位電鏡技術(shù)的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在原位樣品桿的研究和制作上。

瑞典K.Svensson等人在2003年發(fā)表的文章《Compact design of a transmissionelectron microscope-scanning tunneling microscope holder with three-dimensional coarse motion》公開了一種三維壓電探針，這種三維壓電探針是透射電鏡樣品桿的一部分，壓電探針包括一根壓電陶瓷管和一顆小球，小球固定于壓電陶瓷管末端，小球上裝有通過柔性絲爪抓住小球的樣品夾持器，壓電陶瓷管控制小球作“緩慢移動、快速撤回”的微小幅度(壓電陶瓷管軸向方向2.5微米以下、其余兩個方向30微米以下)的循環(huán)運(yùn)動。柔性絲爪通過摩擦力抓緊小球，壓電陶瓷管作循環(huán)運(yùn)動，樣品夾持器通過柔性絲爪與小球之間的摩擦力被一步步甩動，由此產(chǎn)生行程較大、步長較大的位移控制(粗調(diào))。結(jié)合壓電陶瓷管本身產(chǎn)生的行程較小、連續(xù)可調(diào)的位移控制(精調(diào))，可以在狹小空間內(nèi)累積實現(xiàn)三個自由度(軸向平移一個自由度、以及繞小球旋轉(zhuǎn)兩個自由度)的較大行程(約3mm)的精確的位移控制。這種三維壓電探針己運(yùn)用于美國FEl公司的NanoEx 3D STM/EP系統(tǒng)和NanoEx3D lndentor系統(tǒng)，實現(xiàn)透射電子顯微鏡下的原位STM、原位壓痕和電氣探查。

這種三維探針的缺點(diǎn)在于：1、柔性絲爪易變形，為了保持它與小球之間的摩擦力，需要經(jīng)常調(diào)整柔性絲爪的形狀，但柔性絲爪有多根，無法保證每根柔性絲爪的一致性，從而造成三維探針隨著使用的時間和次數(shù)，其可靠性和精度越來越低。2、柔性絲爪的長度使樣品夾持器與小球之間有間隙，小球循環(huán)運(yùn)動時，使樣品夾持器順著絲爪遠(yuǎn)離小球或者靠近小球，從而實現(xiàn)樣品的軸向位移，但樣品夾持器通過柔性絲爪懸掛在小球上，樣品夾持器及其上的樣品受重力作用會向下墜，位置精度不高。而透射電鏡中的觀測視野范圍是納米和微米級，樣品受重力作用的位置偏差很可能導(dǎo)致樣品上的待觀察區(qū)域偏離電鏡的觀測視野范圍而無法觀察；并且位置偏差的存在導(dǎo)致很難將樣品的待觀測區(qū)域調(diào)整到適合觀察的位置和角度。3、探針夾持裝置沿壓電陶瓷管軸向方向前后運(yùn)動時，柔性絲爪的形狀與上述摩擦力之間的關(guān)系復(fù)雜，調(diào)整其形狀難以保證該摩擦力始終合適。加上探針夾持裝置受重力的影響，使得在粗調(diào)時容易產(chǎn)生耦合運(yùn)動，難以準(zhǔn)確控制探針；甚至由于柔性絲爪的形狀調(diào)整不當(dāng)，不能抓住小球，可能使探針夾持裝置掉落到設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備損壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有X/Y/Z三方向平移和X軸轉(zhuǎn)動驅(qū)動能力的，且在重復(fù)使用中性能穩(wěn)定的多自由度樣品桿。

多自由度樣品桿，樣品桿上設(shè)有納米定位器，納米定位器包括驅(qū)動件、關(guān)節(jié)球和壓件組件，關(guān)節(jié)球與驅(qū)動件固定，壓件組件包括至少兩個壓件和彈性連接組件，彈性連接組件連接相鄰的壓件，壓件抱住關(guān)節(jié)球，壓件與關(guān)節(jié)球之間具有預(yù)緊力。比如壓電陶瓷管作為驅(qū)動件。