一种将样品在低温下进行扫描探针显微测量的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料测试仪器技术领域，尤其是一种将样品在低温下进行扫描探针显微测量的装置。
【背景技术】
[0002]21世纪，由于电子信息、生物技术、能源环境、国防等工业的快速发展，对各种材料的性能提出更新更高的要求，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小。因此，在微观尺度下研宄新材料的结构和性能，乃至于从材料的基本结构和成分出发，调控以至于改变材料的性能，逐渐成为目前科学研宄的重要课题和发展基础。扫描探针显微镜(SPM)使用尖锐的探针去探测物质的表面结构，可以提供材料表面的原子结构和微观性质的信息，在材料以及其它科学领域展现了重要的作用。此外，随着电子器件的小型化和超高集成性，越来越要求在介观尺度(微米)或微观尺度下测量材料的电学输运性能。多探针电输运测量装置就显得尤其重要。因此，将微观尺度显微技术和多探针电输运测量有机的结合起来，对今后新材料和新能源以及未来纳米电子和器件的研宄和发展，就显得尤其的重要。
[0003]为了得到材料的微观结构甚至原子结构信息，科学界、工艺界发明了一些测量方法和技术。其中，扫描探针显微镜(SPM)就是近几十年发展起来的高科技测量技术。
[0004]扫描探针显微镜(Scanning probe microscopy，缩写为SPM)是所有机械式地用探针在样本上扫描移动以探测样本影像的显微镜的统称。其影像解析度主要取决于探针的大小〔通常在纳米的范围〕。扫描隧道显微镜是第一个被发明的扫描探针显微镜〔1981年〕。扫描隧道显微镜(英语:scanning tunneling microscope，缩写为STM)，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德.宾宁及海因里希.罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此获得了 1986年诺贝尔物理学奖。它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。为了测量样品在不同温度下的特性，人们又结合低温制冷装置和加热装置，对所测量样品的温度进行改变和控制，因此产生了变温扫描隧道显微镜测量装置。
[0005]目前，商用的变温扫描探针显微镜是将整个扫描探针显微镜装置置于室温下。只是通过柔软的无氧铜丝束(俗称铜辫子)将样品和低温制冷装置联系起来，以达到对样品降温制冷的效果。整个扫描探针显微装置中只有样品的温度可以改变，而其它部分始终处于室温下。这种设计的缺点在于:(I)由于整个扫描探针显微镜的各部分温度不均匀，导致特定温度下扫描漂移较大，影响扫描显微测量的质量。(2)由于针尖和样品处于不同的温度，尤其是针尖处于室温下，温度对扫描隧道谱的热展宽很大，导致变温扫描隧道谱的测量极不准确。
【发明内容】
[0006]为了克服现有的上述技术的不足，本发明提供了一种将样品在低温下进行扫描探针显微测量的装置。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种将样品在低温下进行扫描探针显微测量的装置，包括小型化高灵敏度扫描探针显微镜、低温恒温腔、低温制冷装置，所述小型化高灵敏度扫描探针显微镜置于低温恒温腔内，低温恒温腔与低温制冷装置直接相连。
[0008]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述小型化高灵敏度扫描探针显微镜为Pan type扫描隧道显微镜，Beetle type扫描隧道显微镜，或音叉扫描探针显微镜。
[0009]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述小型化高灵敏度扫描探针显微镜包括压电陶瓷扫描管、压电陶瓷马达、探针，探针安装在压电陶瓷扫描管端部，压电陶瓷扫描管由压电陶瓷马达驱动。
[0010]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述压电陶瓷马达为惯性驱动压电陶瓷马达，所述探针为音叉原子力探针。
[0011]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述低温恒温腔由微型加热装置、外层热屏蔽罩、内层热屏蔽罩、低温减震弹簧、和小型化高灵敏度扫描探针显微镜放置腔组成，所述低温恒温腔为近似全封闭的金属腔，上表面为与低温制冷装置的接触的微型加热装置，外层热屏蔽罩、内层热屏蔽罩构成双层热屏蔽层，低温减震弹簧置于内层热屏蔽罩与小型化高灵敏度扫描探针显微镜的上顶面之间。
[0012]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述外层热屏蔽罩、内层热屏蔽罩由无氧铜制成，所述外层热屏蔽罩的外表面镀金。
[0013]根据发明的另一个实施例，进一步包括所述低温制冷装置为任何形式的低温液氮/液氦杜瓦，可以是开循环的连续冷气流制冷或是闭循环的液池形式的制冷。
[0014]发明的有益效果是，
(I)本发明可以实现控制样品的温度在1K到室温的低温温区范围内可控变化，在特定温度下对样品进行高灵敏度扫描探针显微测量，同时还可以进行扫描隧道谱的测量。
[0015](2)本发明解决了长期以来困扰的测量超薄薄膜电导的问题，同时，微观或原子尺度下的测量和宏观电学输运测量也有机的结合起来；
(3)本发明可使用于超高真空环境中，可进一步消除的扫描探针显微装置和外界的热对流，从而使得整个扫描探针显微装置处于一个稳定均匀的温度中，消除了温度引起的热漂移。高灵敏度扫描探针显微镜对样品的表面形貌和原子结构进行测量。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
[0017]图1是本发明小型化高灵敏度扫描探针显微镜设计示意图。
[0018]图2是本发明低温恒温腔设计示意图。
[0019]图中1、小型化高灵敏度扫描探针显微镜，11、压电陶瓷扫描管，12、压电陶瓷马达，13、探针，2、低温恒温腔，21、微型加热装置，22、外层热屏蔽罩，23、内层热屏蔽罩，24、低温减震弹簧，25、小型化高灵敏度扫描探针显微镜放置腔，3、低温制冷装置，4、样品。
【具体实施方式】
[0020]本发明的设计原理在于:设计一个小型化的高灵敏度扫描探针显微镜，以取代常规使用的扫描探针显微镜。该扫描探针显微镜可以提供所研宄材料的微观乃至原子结构信息。同时，设计一个低温恒温腔，在低温温区(10K到室温)可以实现温度恒定。将扫描探针显微镜纳于低温恒温腔中，而此低温恒温腔与低温制冷装置直接相连。因此整个扫描探针显微镜装