专利名称:一种扫描激光显微镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种扫描激光显微镜，包括恒温器、三维位移平台、光学系统和电学系统；在所述的恒温器内设有恒温源，所述的恒温源与氮流或氦流连通；在所述的恒温器内底座上设三维位移平台，光学系统的末端设在三维位移平台上，样品安装在恒温源上；电学系统通过设在恒温器上的电学接口为恒温器内提供工作所需的电学条件。该扫描激光显微镜，能够用于研究尺寸小、工作温度有一定要求的器件内部发生的热学和电学相关的物理现象，满足使用需求。将位移平台集成在恒温器内部，减少了设备的体积。通过恒温器上的各窗口，可在测量样品内存电学参量分布的同时，测量外部的电磁辐射，具有很好的实用性。
【专利说明】一种扫描激光显微镜
【技术领域】
[0001]本实用新型属于用于研宄微观机理的小型设备【技术领域】，具体涉及一种扫描激光显微镜。
【背景技术】
[0002]随着微加工技术的发展，电子元器件的尺寸已经到了微米甚至是纳米量级。由于器件尺度的减小，无论是基于半导体材料，还是基于超导材料的电子器件，其内部存在的热现象都对器件工作状态有着重要的影响。某些特殊的电子器件，由其材料决定，必须工作在极端条件下(如基于超导材料的超导电子器件需工作在低温环境)，这时热效应的影响就更加显著。在利用这些器件宏观效应(如基于BSCCO高温超导材料的太赫兹辐射源)的同时，希望能更深入地研宄这些器件工作的微观机制，其内部的自热现象，电磁场的分布等影响器件表现的各种因素。然而这些电子器件的尺寸和工作温度条件，给研宄其内部的微观机制提出了苛刻的要求。现有的研宄设备，还不能完全满足使用需求。
实用新型内容
[0003]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种扫描激光显微镜，使其能够用于研宄小尺寸、对工作温度有一定要求的器件内部发生的热学和电学相关的物理现象，满足使用需求。
[0004]技术方案:为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]—种扫描激光显微镜，包括恒温器、三维位移平台、光学系统和电学系统；在所述的恒温器内设有恒温源，所述的恒温源与氮流或氦流连通；在所述的恒温器内底座上设三维位移平台，光学系统的末端设在三维位移平台上，样品安装在恒温源上；电学系统通过设在恒温器上的电学接口为恒温器内提供工作所需的电学条件。
[0006]在所述的恒温器上设有用于对样品表面进行加热的光学系统的光学接口。
[0007]在所述的恒温器上设有用于辐射的辐射窗口。
[0008]所述的三维位移平台由X、Y、Z三个方向的位移器构成，整体的尺寸为15mmX 15mmX 30mm,三个轴的最高位移精度在nm量级，最大位移距离为mm量级。
[0009]所述的光学系统将激光从恒温器外部引入恒温器内，并聚焦到样品表面，从而对样品局部或整体进行加热。
[0010]有益效果:与现有方法相比，本实用新型的显著优点包括:该扫描激光显微镜，能够用于研宄尺寸小、工作温度低的器件内部发生的热学和电学相关的物理现象，满足使用需求。将位移平台集成在恒温器内部，减少了设备的体积。通过恒温器上的各窗口，可在测量样品内存电学参量分布的同时，测量外部的电磁辐射，具有很好的实用性。
【附图说明】
[0011]图1是扫描激光显微镜的结构示意图；
[0012]图2是光学系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
[0014]如图1所示，扫描激光显微镜，主要结构部件包括恒温器1、三维位移平台2、光学系统3和电学系统4 (现有)。在恒温器I内设有恒温源6，恒温源6与氮流或氦流8连通，样品安装在恒温源6上。在恒温器I内底座7上设三维位移平台2，光学系统3的末端设在三维位移平台2上，电学系统4通过设在恒温器I上的电学接口 9为恒温器I内提供工作所需的电学条件。
[0015]恒温器1，用于提供从4.2K至室温的所需的工作温度环境。工作时通以液氮或氦流8，通过控制流速和恒温器I内部的加热器来达到所需的工作温度。恒温器I上设有用于引入电学信号的电学接口 9、用于对样品表面进行加热的光学系统的光学接口 10、以及用于电磁福射的福射窗口 5。
[0016]三维位移平台2，由X、Y、Z三个方向的位移器构成，整体的尺寸约为15mmX 15mmX 30mm,三个轴的最高位移精度在nm量级，最大位移距离为mm量级。三维位移平台2固定在恒温器I内部的底座7上，三维位移平台2与光学系统3末端连接。
[0017]如图2所示，光学系统3，包括激光器31、环行器32、光电探测器33、光纤34和渐变折射率棱镜35。激光器31、光电探测器33和光纤34均与环行器32相连，渐变折射率棱镜35与光纤34相连。其中，渐变折射率棱镜35设在扫描激光显微镜的恒温器I内部，环行器32设在扫描激光显微镜的恒温器2外部，通过光纤34连接。激光器31，产生扫描激光显微镜工作所需的激光。环行器32，用于隔离激光器出射的激光和从样品上反射的激光。从激光器出射的激光通过环形器耦合至光纤中，从样品上反射的激光经环形器耦合到光电探测器上。光电探测器33，用于检测从样品上反射的激光强度。光纤34，用于将传输激光，将从环形器耦合进入的激光传输至渐变折射率棱镜中。渐变折射率棱镜35，用于汇聚，从光纤上耦合进入的发散的激光。激光器31出射的激光通过环形器32、光纤34、渐变折射率棱镜35后，可得到大小约为I微米的光斑，该光斑可对样品进行局部加热，从而观察样品的热学和电学信号。从样品表面反射的激光经渐变折射率棱镜35、光纤34、环行器32后，被光电探测器33接受，由此可得到样品表面的光学成像。
[0018]该扫描激光显微镜，工作时，首先将恒温器的温度调控到器件工作所需的值，电学信号(电流偏置或是电压偏置)从恒温器的电学接口 9引入到恒温器I内部，从而给样品提供工作所需的电学条件。同时可通过电学接口 9读出偏置之外的另一个电学参量，从而实现对器件的电学方面的研宄。恒温器I外部的激光器31发出的激光，通过光学系统3引入恒温器I内，并照射在样品表面以对样品进行局部或全局加热。通过控制三维位移平台2移动光学系统3末端，在不移动样品的情况下，让激光对样品表面进行全局或局部扫描，同时检测样品上电学信号的变化，达到观察器件内部电学量和热学量分布的目的。
[0019]在恒温器I上还配有辐射窗口 5，对于存在电磁辐射(或吸收)的器件，可以同时研宄其辐射(或吸收)特性和电学以及热学现象之间的关系。
【权利要求】
1.一种扫描激光显微镜，其特征在于:包括恒温器(1)、三维位移平台(2)、光学系统(3)和电学系统(4);在所述的恒温器(I)内设有恒温源(6)，所述的恒温源(6)与氮流或氦流(8)连通；在所述的恒温器(I)内底座(7)上设三维位移平台(2)，光学系统(3)的末端设在三维位移平台(2)上，样品安装在恒温源(6)上；电学系统(4)通过设在恒温器(I)上的电学接口( 9 )为恒温器(I)内提供工作所需的电学条件。2.根据权利要求1所述的扫描激光显微镜，其特征在于:在所述的恒温器(I)上设有用于对样品表面进行加热的光学系统(3)的光学接口(10)。3.根据权利要求1所述的扫描激光显微镜，其特征在于:在所述的恒温器(I)上设有用于福射的福射窗口(5)。4.根据权利要求1所述的扫描激光显微镜，其特征在于:所述的三维位移平台(2)由X、Y、Z三个方向的位移器构成，整体的尺寸为15mmX15mmX30mm，三个轴的最高位移精度在nm量级，最大位移距离为mm量级。5.根据权利要求1所述的扫描激光显微镜，其特征在于:所述的光学系统(3)包括激光器(31)、环行器(32)、光电探测器(33)、光纤(34)和渐变折射率棱镜(35);所述的激光器(31)、光电探测器(33)和光纤(34)均与环行器(32)相连，所述的渐变折射率棱镜(35)与光纤(34)相连。6.根据权利要求5所述的扫描激光显微镜，其特征在于:所述的渐变折射率棱镜(35)设在扫描激光显微镜的恒温器内部，所述的环行器(32)设在扫描激光显微镜的恒温器外部。
【文档编号】G01N21-17GK204287024SQ201420722805
【发明者】王华兵, 袁洁, 周宪靖, 吴培亨 [申请人]南京大学