以及其他装备8。其中，射频原子力探针I是该系统的核心。
[0019]该射频探针I的可以是悬臂梁式或非悬臂梁式的硅探针、纤维探针、Si3N4探针，如图2探针的躯干11上集成有射频传输线12。
[0020]该XYZ三维样品台6用于放置待检测表面形貌的样品，并可以使样品产生X、Y、Z三维位移，实现样品的三维扫描。
[0021]该AFM控制器7用于扫描控制及信号的处理，实现信号的转换及传输，进行样品表面形貌的成像和显示。
[0022]该石英音叉探测器4采用电路中常用的谐振频率为32.768kHz的石英晶振，用胶水将探针I装配至音叉4的一个侧壁上，如图3所示，探针I针尖方向可以与音叉4电极表面方向垂直或平行。将音叉4的两个电极接入音叉调控电路5中，并将此音叉调控电路5接入AFM控制器7上，利用石英音叉4的压电效应来表征样品与针尖间的相互作用力。将样品置放于XYZ三维样品台6上，当AFM工作时，控制探针的针尖纵向接近样品表面，通过其他电学仪器设备8驱动和检测该反馈信号，并将信号反馈至AFM控制器7，从而控制探针针尖与样品间的距离(如使样品与针尖保持恒高)。
[0023]通过封装技术，将射频探针I上的射频微带线12与射频谐振电路2上的电感连接，然后将此谐振电路接入射频读出电路3中。将集成后的射频探针I通过石英音叉4趋近样品表面，进行形貌扫描。如图4本发明射频探针AFM系统的工作原理图所示，在非接触模式(如恒高模式)下，射频探针I通过电容耦合与样品表面耦合，由于与射频探针I集成后的射频共振电路2对电抗(容抗和阻抗)的变化极其敏感，当探针针尖在样品表面逐点扫描时，耦合电容随样品表面形貌而波动，从而引起射频电路的谐振频率的变化。通过其他电学仪器设备8驱动射频谐振电路，并通过射频读出电路3高速读出谐振频率信号，将谐振频率作为反馈信号传输至AFM控制器7中，并经过信号的处理，实现样品表面形貌的成像和显示。
[0024]本发明是以常规的AFM为基础，除了可利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力达到检测的目的外。本发明还对以下进行了改进，将射频谐振电路2与常规的AFM探针相集成，利用射频共振电路对电抗(容抗和阻抗)的敏感特性，将谐振频率作为反馈，实现高速扫描的功能。相比于现有技术，本发明具有如下有益效果:继承了射频电路高速的特征，扫描速度快;可在非接触模式下工作，避免了样品表面和探针针尖的损伤。
[0025]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种射频探针原子力显微镜系统，包括射频探针、射频谐振电路、射频读出电路、石英音叉探测器、音叉调控电路、XYZ三维样品台、原子力显微镜控制器、及射频信号发生器、前置放大器和万用表;其中，所述的射频探针作为一种原子力显微镜探针用于扫描样品表面;所述的射频谐振电路用于与射频探针上的微带线集成形成LC射频谐振电路;所述的射频读出电路包括功率分配器、衰减器、低噪声放大器、混频器和低通滤波器，负责射频输入信号的分配、衰减、射频信号的混频、滤波和放大检测，用于驱动射频探针、检测并高速读出扫描时的射频谐振信号;所述的XYZ三维样品台，用于放置并移动样品，实现三维形貌扫描成像;所述的原子力显微镜控制器包括信号处理单元和扫描控制器，结合所述的石英音叉探测器、音叉调控电路及XYZ三维样品台用于控制原子力显微针尖和样品间距，并实现信号的转换及传输，最终实现样品表面形貌的成像和显示； 其特征在于:将射频探针的针尖组装在石英音叉探测器的侧臂上，音叉的两个电极接入到音叉调控电路，然后连接至原子力显微镜控制器上;将射频探针躯干上的射频传输线与射频谐振电路连接形成LC射频谐振电路;将LC射频谐振电路接入到射频读出电路中，射频读出电路与原子力显微镜控制器连接;利用集成后的射频探针对XYZ三维样品台上的被测样品进行形貌扫描，将LC射频谐振电路的谐振频率信号反馈至原子力显微镜控制器中，实现样品表面形貌的成像和显示。2.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，射频探针的躯干上集成有射频传输线。3.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，射频探针的针尖是悬臂梁式或非悬臂梁式的硅探针、纤维探针、Si3N4探针。4.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，其特征在于射频谐振电路上集成有射频电感，与射频探针上的射频传输线连接后形成透射式或反射式LC射频谐振电路，提供射频信号的输入及输出。5.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，射频探针的针尖集成至原子力显微镜系统的工序为:在音叉臂上涂上胶水，将探针与粘有胶水的音叉组装在一起，然后将与音叉集成后的探针躯干上的射频传输线通过引线，与射频谐振电路上的射频电感连接，形成射频原子力探针的复合体。6.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，与音叉集成的射频探针，其针尖方向和音叉电极表面方向垂直或平行，使石英音叉探测器处于轻敲或剪切力模式。7.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，利用音叉控制探针针尖与样品表面的间距，所处的扫描模式为非接触模式。8.根据权利要求1所述的一种射频探针原子力显微镜系统，其针尖接触样品表面，通过音叉形变进行信号的反馈;或者在非接触模式下，利用射频信号进行反馈。
【专利摘要】本实用新型涉及一种射频探针原子力显微镜系统，该系统包括射频探针(1)、射频谐振电路(2)、射频读出电路(3)、石英音叉探测器(4)、音叉调控电路(5)、XYZ三维样品台(6)、原子力显微镜控制器(7)及射频信号发生器、前置放大器和万用表(8)。将射频探针与石英音叉探测器组装，通过石英音叉探测器的信号进行反馈，控制针尖和样品之间的间距。将探针上的射频传输线与射频谐振电路上的电感连接形成LC射频谐振电路，利用射频谐振电路对电抗(容抗和阻抗)的敏感特性，当探针针尖在样品表面逐点扫描时，将会引起谐振电路谐振频率的变化，利用此谐振频率作为反馈信号，从而实现样品表面形貌成像。
【IPC分类】G01Q60/24, G01Q60/38
【公开号】CN205353123
【申请号】CN201620047377
【发明人】苏丽娜, 顾晓峰, 秦华
【申请人】江南大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月18日