专利名称:高精度原子力显微镜的镜体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纳米测量装置，它是测量物体表面原子形貌的原子力显微镜的镜体，主要由微悬臂、压电陶瓷、步进机、变速系统、扫描隧道显微镜镜体组成，其用途是作固体表面显微分析与纳米加工。
背景技术：
在ZL02 2 21502.6中公开了高精度扫描隧道显微镜的镜体，它的目的是提供测针进给速度快，测针与样品间隔调节精度高，样品台可精确位移，可精确定点测量与加工的高精度扫描隧道显微镜的镜体，构成是测针、待测样品经偏置电压、微电流计组成隧道电流的测量回路，测针经压电陶瓷固定在测针座上，测针座经钢球被两个调整杆，一个纵向电动进给机构所支撑，样品台固定在水平X向与Y向电动平台上，样品坐标由位置传感器检测，上述装置均位于隔振的屏蔽罩内，不足之处是它不能测量绝缘体表面的原子形貌。1986年发明的原子力显微镜可以解决此难题，它的工作原理是将一个对微弱力极敏感的微悬臂的一端固定，其另一端有一探针通过原子间的排斥力去感知样品表面的原子形貌，测量微悬臂起伏情况是制作原子力显微镜镜体的关键所在，有用光学法测量微悬臂起伏情况的，此法要求光学测量装置有极高的放大倍数，这使得实际制作与使用的难度很大。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能测量绝缘体表面原子形貌，测量精度高，操作方便的原子力显微镜的镜体。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种高精度原子力显微镜的镜体，包括微悬臂、样品台、扫描隧道显微镜镜体、步进机、变速系统，在扫描隧道显微镜镜体的测针与样品台之间，水平悬置一微悬臂，其一端固定在绝缘柱上，绝缘柱与支架套筒滑动配合，其另一端的金属丝上，水平固定一面积为1.5×1.5毫米平方的金属片，金属片下有与微悬臂成直角的探针，探针指向样品表面；支架固定在镜体的下底盘上，其上有微悬臂调节机构，可以三维调节微悬臂的位置，在样品台与X向电动平台之间，依次安装下压电陶瓷，垂直向斜面电动调节机构。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到微悬臂调节机构有三座标调节装置，垂直方向采用螺纹副方式调节，可以粗调和微调，水平径向也采用螺纹副方式调节，由螺栓推动绝缘柱内螺母，使绝缘柱沿套筒滑行，转角方向的调节由蜗轮副来完成，其驱动方式可以手动，也可以电动。
微悬臂所用的金属丝必须耐高温，其力弹性常数低，力学共振频率高。
垂直向斜面电动调节机构由电机、蜗轮副、螺纹副、斜面滑块、滚珠导轨组成，电机带动蜗轮副，蜗轮副带动螺纹副，推动斜面滑块沿滚珠导轨作垂直方向的位移。
本实用型相比现有技术具有如下优点1、可高精度测量绝缘体表面的原子形貌，可精确定位，精确调整测针与微悬臂金属片、微悬臂探针与样品表面的间隔距离。
2、每一调节机构只完成一种工作职能，职能专一有助于使调节机构的性能最佳，测针、微悬臂、样品台的位置可随意调节，操作起来既精确又方便。
附图的图面说明如下图1是原子力显微镜原理图。
图2是镜体结构图。
图3是微悬臂调节机构。
图4是垂直向斜面电动调节机构。
图中编号1-样品；2-微悬臂探针；3-金属片；4-扫描隧道显微镜镜体的测针；5-微电流计；6偏置电压；7-金属丝微悬臂；8-绝缘柱；9-支架；10-隔振盘；11-调整杆；12-Y向电动平台；13-X向电动平台；14-Z向斜面电动调节机构；15-下压电陶瓷；16-样品台；17-Z向电动调节杆；18-测针座；19-上压电陶瓷；20-钢球；21-垂直(Z向)粗调；22-转角(θ向)微调；23-套筒；24-垂直(Z向)微调；25-水平(r向)微调；26-限位螺钉；27-底座；28-滚珠导轨；29-斜面滑块；30-螺纹副；31-板壁；32-蜗轮副；33-电机。
具体实施方式
原子力显微镜的工作原理图如图1所示对微弱力极敏感的微悬臂的一端经绝缘柱固定在支架上，其另一端的探针在样品移动时，由于原子间排斥的作用，会使微悬臂上下起伏，而金属丝微悬臂、固定在它上面的金属片、测针、微电流计、偏置电压组成隧道电流的测量回路，微悬臂上下起伏使测量回路产生相应的隧道电流值，将采集到的隧道电流值送计算机工作站处理后，即可在显示屏上看到样品表面的原子形貌。
镜体结构可参看图2、图3高精度原子力显微镜的镜体，包括微悬臂、样品台、扫描隧道显微镜镜体、步进机、变速系统，在扫描隧道显微镜镜体的测针(4)与样品台(16)之间，水平悬置一微悬臂(7)，其一端固定在绝缘柱(8)上，绝缘柱与支架(9)套筒(23)滑动配合，其另一端的金属丝(7)上，水平固定一面积为1.5×1.5毫米平方的金属片(3)，金属片下有与微悬臂(7)成直角的探针(2)，探针指向样品表面(1)；支架固定在镜体的下底盘上，其上有微悬臂调节机构(21、22、24、25)，可以三维调节微悬臂的位置；在样品台(16)与X向电动平台(13)之间，依次安装下压电陶瓷(15)、垂直向斜面电动调节机构(14)。微悬臂所用的金属丝(7)必须耐高温，其力弹性常数低，力学共振频率高。
在已有扫描隧道显微镜镜体的基础上，在测针与样品台之间，加进了原子力显微镜镜体的核心元件一微悬臂，微悬臂经绝缘柱固定在支架上，支架装有微悬臂的调节机构，该机构可使微悬臂作三维位移，在样品台与X向电动平台之间安装了下压电陶瓷，Z向斜面电动调节机构，下压电陶瓷完成水平扫描，Z向斜面电动调节机构可垂直向调节微悬臂与样品台之间的间隙距离，测针垂直方向的位移仍由Z向电动调节杆来调节，上压电陶瓷只驱动测针采样。
微悬臂调节机构如图3所示微悬臂调节机构有三坐标调节装置(21、22、24、25)，垂直方向采用螺纹副方式调节，可以粗调(21)和微调(24)，水平径向也采用螺纹副方式调节(25)，由螺栓推动绝缘柱内螺母，使绝缘柱沿套筒滑行，转角方向的调节由蜗轮副(22)来完成，机构的驱动方式可以手动，也可以电动。
蜗轮副完成对微悬臂的转角调节，即以支架为支点，步进机转动时令蜗轮副带动支架转角位移，水平径向、垂直方向皆采用螺纹副方式调节。
Z向斜面电动调节机构可参看图4垂直向斜面电动调节机构(14)由电机(33)、蜗轮副(32)、螺纹副(30)、斜面滑块(29)、滚珠导轨(28)组成，电机带动蜗轮副，蜗轮副带动螺纹副，推动斜面滑块沿滚珠导轨作垂直方向的位移。
斜面的底与高之比为9∶1，采用斜面推进方式的优点是运行稳定，精确，在两斜面滑块之间，下斜面滑块底部与底座之间，上斜面滑块两侧与板壁之间皆有滚珠导轨，目的是使调节机构动作更灵敏、更精确。
权利要求
1.一种高精度原子力显微镜的镜体，包括微悬臂、样品台、扫描隧道显微镜镜体、步进机、变速系统，其特征是在扫描隧道显微镜镜体的测针(4)与样品台(16)之间，水平悬置一微悬臂(7)，其一端固定在绝缘柱(8)上，绝缘柱与支架(9)套筒(23)滑动配合，其另一端的金属丝(7)上，水平固定一面积为1.5×1.5毫米平方的金属片(3)，金属片下有与微悬臂(7)成直角的探针(2)，探针指向样品表面(1)；支架固定在镜体的下底盘上，其上有微悬臂调节机构(21、22、24、25)，可以三维调节微悬臂的位置；在样品台(16)与X向电动平台(13)之间，依次安装下压电陶瓷(15)、垂直向斜面电动调节机构(14)。
2.如权利要求
1所述的一种高精度原子力显微镜的镜体，其特征是微悬臂调节机构有三坐标调节装置(21、22、24、25)，垂直方向采用螺纹副方式调节，可以粗调(21)和微调(24)，水平径向也采用螺纹副方式调节(25)，由螺栓推动绝缘柱内螺母，使绝缘柱沿套筒滑行，转角方向的调节由蜗轮副(22)来完成，机构的驱动方式可以手动，也可以电动。
3.如权利要求
1所述的一种高精度原子力显微镜的镜体，其特征是微悬臂所用的金属丝(7)必须耐高温，其力弹性常数低，力学共振频率高。
4.如权利要求
1所述的一种高精度原子力显微镜的镜体，其特征是垂直向斜面电动调节机构(14)由电机(33)、蜗轮副(32)、螺纹副(30)、斜面滑块(29)、滚珠导轨(28)组成，电机带动蜗轮副，蜗轮副带动螺纹副，推动斜面滑块沿滚珠导轨作垂直方向的位移。
专利摘要
高精度原子力显微镜的镜体涉及纳米检测装置，它主要解决高精度地测量绝缘体表面原子形貌的问题，解决的技术方案是在扫描隧道显微镜镜体的测针与样品台之间加入微悬臂，并由调节机构控制其位移，样品台下加入下压电陶瓷，斜面电动调节机构，以控制样品台水平方向扫描，垂直方向位移，本实用新型的用途是作固体表面的显微分析与纳米加工。
文档编号G01Q10/00GKCN2804851SQ200420060440
公开日2006年8月9日 申请日期2004年7月23日
发明者杨学恒, 詹捷, 陈昌杰, 王银峰, 陈红兵, 吴世春, 费德国, 杨家楷, 谢超, 杨俊林, 勒平, 王海朋 申请人:重庆大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan