[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

本發明提供了一種基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置與方法，其中的層析檢測裝置，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，進一步的，可通過探針物性測量和原位切削的交替使用形成三維物性層析成像。

技術領域

本發明涉及物體檢測領域，尤其涉及一種基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置與方法。

背景技術

在對物體進行檢測時，可以通過視覺的方式檢測物體的三維形狀，也可通過傳感器對物體的外形進行檢測，得到相應的外形信息。然而，現有的檢測方式只能對物體的表面形狀進行檢測，無法獲悉物體內部的信息 (例如其內部的形狀、物理性質等等)。

故而，在現有相關技術中，可利用金剛刀對待測物體進行逐層的切削，再在每次切削后，將待測物體送至圖像采集裝置，圖像采集裝置可獲取當前待測表面的圖像，進而，基于所獲取到的圖像，可分析確定物體的相關信息。

然而，圖像所涵蓋的信息比較有限，難以全面地反應待測表面實際的物理性能(例如圖像難以有效反應出待測表面的起伏變化)。

發明內容

本發明提供一種基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置與方法，以解決檢測到的信息比較單一，無法滿足需求的問題。

根據本發明的第一方面，提供了一種基于原子力顯微鏡與機械切削的層析檢測裝置，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，并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。

可選的，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。

可選的，所述冷源的冷凍溫度處于液氮溫度和室溫之間。

可選的，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。

可選的，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：