[發明專利]基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置與方法

在審

• 申請號: 202011321321.3
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112505360A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 吳森;陳庚亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G01N1/28
• 代理公司: 上海慧晗知識產權代理事務所(普通合伙) 31343
• 代理人: 徐海晟

1.一種基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，包括用于在內部形成真空環境的設備外殼、原子力顯微鏡、機械切削裝置、控制裝置，以及樣品承載裝置；所述樣品承載裝置、所述機械切削裝置與所述原子力顯微鏡均設于所述真空環境；

所述原子力顯微鏡包括探針，以及用于驅動所述探針運動的探針驅動結構；所述機械切削裝置包括切削刀，以及用于驅動所述切削刀運動的切削刀驅動結構；所述控制裝置分別通過信號對所述探針驅動結構與所述切削刀驅動結構進行控制；

所述控制裝置用于：

通過所述切削刀驅動結構，控制所述切削刀到達切削預備位置；

通過所述切削刀驅動結構和/或所述樣品承載裝置，控制所述切削刀切削所述樣品承載裝置上的樣品表面，以形成當前待測表面；

通過所述探針驅動結構，控制所述探針與所述當前待測表面處于相互作用位置，并通過所述探針驅動結構和/或所述樣品承載裝置，控制所述探針相對于所述樣品做掃描運動，利用所述探針對所述當前待測表面進行物性測量；其中，所述掃描運動多個測量點的物理信號變化將構成當前待測表面的物性圖；

重復以上過程，以利用機械切削再次切削試樣表面并形成新的當前測量表面，重復探針表面物性測量和掃描。

2.根據權利要求1所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，所述樣品承載裝置包括樣品臺，所述樣品臺設有冷凍組件，所述冷凍組件用于向處于所述樣品臺的所述樣品提供冷源，以使得所述樣品處于冷凍狀態。

3.根據權利要求2所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，所述冷源的冷凍溫度處于液氮溫度和室溫之間。

4.根據權利要求2所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，所述樣品承載裝置還包括納米位移平臺，所述樣品臺安裝于所述納米位移平臺；所述納米位移平臺電連接所述控制裝置；

所述控制裝置在通過所述切削刀驅動結構和/或所述樣品承載裝置，控制所述切削刀切削所述樣品承載裝置上的樣品表面，以形成當前待測表面，具體用于：

通過所述納米位移平臺，控制所述切削刀切削所述樣品的表面。

5.根據權利要求4所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，所述控制裝置在通過所述探針驅動結構和/或所述樣品承載裝置，控制所述探針相對于所述樣品做掃描運動時，具體用于：

通過所述探針驅動結構和所述納米位移平臺，控制所述探針相對于所述樣品做掃描運動。

6.根據權利要求1所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，還包括光學裝置，所述光學裝置安裝于所述設備外殼，所述光學裝置朝向于所述樣品承載裝置所屬區域，且所述樣品處于所述樣品承載裝置與所述光學裝置之間；所述樣品承載裝置的位置匹配于所述光學裝置的焦平面，以使得處于所述樣品承載裝置的所述樣品能夠處于所述焦平面；

所述光學裝置用于：

采集其覆蓋范圍內的實時圖像，并將所述實時圖像發送至所述控制裝置；

所述控制裝置還用于：

在所述探針相對于所述樣品做所述掃描運動時，根據所述實時圖像，確定不同時間所述探針針尖相對于所述樣品的探針位置信息；

所述控制裝置在利用所述探針對所述當前待測表面進行物性測量時，具體用于：

根據不同時間的所述探針位置信息與所述物理信號，確定所述當前待測表面的物性圖。

7.根據權利要求6所述的基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，其特征在于，所述光學裝置還用于導入第一輔助光，并將所述第一輔助光引導至所述當前待測表面，以在所述當前待測表面形成第一光斑；

所述第一輔助光被配置為能夠使得：

所述當前圖像中，所述探針的針尖區段所表現出的光譜信息區別于所述第一光斑所覆蓋的區域范圍內其他區域的光譜信息，所述針尖區段的尺寸范圍小于20nm。