专利名称:扫描探针显微镜微型镜盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描探针显微镜，特别是一种适合超低温、超高真空和超低噪音使用的扫描探针显微镜微型镜盒，属于显微镜领域。
背景技术：
自从1982年发明了第一台扫描探针显微镜---扫描隧道显微镜(简称STM)以来，以其极高的分辨率(原子分辨率)，丰富的物理信息(样品表面电子云密度信息)，以及低廉的造价，立刻得到了极为广泛的应用。不久，又出现了原子力显微镜，磁力显微镜等等。它们利用电致伸缩效应的器件如电致伸缩步进器及电致伸缩扫描管，使用相应的探针对样品表面扫描，以测量不同类型的样品表面性质，统称为扫描探针显微镜。它现在已发展成一个很大的显微镜家庭。扫描探针显微镜近期的研究与应用主要集中在超低温，超高真空扫描探针显微镜的研制以及在这些极端的物理条件下用它们对样品表面进行测量。这时，如何最大限度地降低温度，提高真空度，降低噪音和减少震动干扰就成为当前最迫切的需要。以往的扫描探针显微镜真空室一般设计得比较大，原因是真空室内必须装有机械手臂或其它一些传动装置，以便在真空中切割制备样品，得到新鲜的待测表面。这样一来，真空就很难抽的很高。较大的真空室也使得室内的温度很难被降得很低。另外，震动干扰和其它噪音都不太好控制。存在真空室体积大、重量重、携带不方便，结构复杂、容易漏气、生产成本高等不足之处。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述扫描探针显微镜存在结构复杂、体积太大、真空很难抽的很高、温度很难被降得很低等不足之处，设计一种结构简单合理、生产成本低、体积小、便于携带、便于抽高真空和/或降低温度以及降低噪音的扫描探针显微镜微型镜盒。
本发明的另一个目的是在上述微型镜盒的基础上，在盒内还可完成对样品进行真空切割，设计一种结构简单合理、生产成本低、体积小、便于携带、便于抽高真空和/或降低温度以及降低噪音的扫描探针显微镜微型镜盒。
本发明的再一个目的是在上述微型镜盒的基础上，可实现多种扫描探针在微型镜盒中的集成，既可一次性对样品进行多种不同类型探针的扫描，并可在盒内对探针进行真空更换，设计一种结构简单合理、生产成本低、体积小、便于携带、便于抽高真空和/或降低温度以及降低噪音的扫描探针显微镜微型镜盒。
本发明目的可通过以下措施得以实现，该扫描探针显微镜微型镜盒，包括电致伸缩步进器、电致伸缩扫描管，还包括有盒体、盒盖、样品座、探针、探针架、通讯接口和抽气孔，所述样品座设在盒体内壁上，通讯接口和抽气孔设在盒体或盒盖上，电致伸缩步进器经弹簧片压装在盒体内，电致伸缩扫描管的后端固定在电致伸缩步进器上，探针架设在电致伸缩扫描管的前端，探针装在探针架上，探针信号线和电致伸缩步进器控制线及电致伸缩扫描管控制线与通讯接口连接。
本发明的上述目的也可通过以下措施得以实现，该扫描探针显微镜微型镜盒，包括电致伸缩步进器、电致伸缩扫描管，还包括有盒体、盒盖、样品座、探针、探针架、通讯接口和抽气孔，所述探针架设在盒体内壁上，探针装在探针架上，通讯接口和抽气孔设在盒体或盒盖上，电致伸缩步进器经弹簧片压装在盒体内，电致伸缩扫描管的后端固定在电致伸缩步进器上，样品座设在电致伸缩扫描管的前端，探针信号线和电致伸缩步进器控制线及电致伸缩扫描管控制线与通讯接口连接。
本发明的另一个目的可通过以下措施得以实现，其结构主要是在上述微型镜盒的基础上，增设样品切断顶杆，对于样品座设在盒体内壁上而探针架设在电致伸缩扫描管前端的镜盒，所述样品切断顶杆设在电致伸缩步进器的前端。对于样品座设在电致伸缩扫描管前端而探针架设在盒体内壁上的镜盒，所述样品切断顶杆设在探针架附近的盒体内壁上。
本发明的再一个目的可通过以下措施得以实现，其结构主要是在上述微型镜盒的基础上，在探针附近的探针架上设有位置靠后的辅助探针，所述探针和辅助探针可选用扫描隧道显微镜探针和/或原子力显微镜探针和/或磁力显微镜探针。
本发明的扫描探针显微镜微型镜盒，由于其体积只受限于探针，电致伸缩步进器，电致伸缩扫描管等少数小体积的组件，故而镜盒的体积可做得很小，目前可做到小如香烟盒，由于体积小，对提高显微镜的真空度、降低温度、对提高信噪比和信号稳定性等都极为有利。当探针被样品碰断时，可用位置靠后的辅助探针代替而继续工作，还可在盒内对样品进行真空切割，并能一次性完成对样品进行多种不同类型探针的扫描，具有结构简单合理、生产成本低、体积小、便于携带、便于抽高真空、降低温度以及降低噪音等优点，既适合扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜等多种不同类型的扫描探针显微镜单独使用，也适合扫描隧道显微镜和原子力显微镜和磁力显微镜等多种不同类型的扫描探针显微镜组合使用。
附图1是本发明实施例中的一种结构示意图；附图2是本发明实施例中的另一种结构示意图；附图3是增设有样品切断顶杆的一种结构示意图；附图4是增设有样品切断顶杆的另一种结构示意图；附图1-4中的1是微型盒体、盒盖经密圈盖在盒体上、2是样品座、3是样品、4是探针、5是探针架、6是电致伸缩步进器、7是弹簧片、8是电致伸缩扫描管、9是通讯接口、10是抽气孔。附图3和图4中的11是样品切断顶杆，12是样品上的预断尾杆。
附图5是设有扫描隧道探针和辅助探针及其探针架的结构示意图；附图6是设有原子力探针和辅助探针及其探针架的结构示意图；附图7是设有磁力探针和辅助探针及其探针架的结构示意图；附图8是扫描隧道探针、原子力探针和磁力探针的组合探针及其探针架的结构示意图；具体实施方式
参见附图1，图中的样品座2设在盒体1内壁上，通讯接口9和抽气孔10设在盒体1上，电致伸缩步进器6经弹簧片7压装在盒体1内，电致伸缩扫描管8的后端固定在电致伸缩步进器6上，探针架5设在电致伸缩扫描管8的前端，探针4装在探针架5上，探针4信号线和电致伸缩步进器6控制线及电致伸缩扫描管8控制线与通讯接口9连接。使用时，将待测样品3装在盒体1内的样品座2上，将所用探针4装在探针架5上，盖好密封盒盖。抽气孔10与真空泵连接，通讯接口9的探针信号线与显微镜连接，通讯接口9的电致伸缩步进器控制线及电致伸缩扫描管控制线分别与盒外的扫描控制电路连接。上述镜盒中的样品座2与探针架5的安装位置也可相互对调，其结构如图2所示，此时的探针架5改设在盒体1内壁上，样品座2改设在电致伸缩扫描管8的前端即可。使用前，先将样品3装在样品座2上，将所用探针4装在探针架5上，盖好密封盖即可。使用时，镜盒可置于液氦容器中或用绝热去磁制冷或用(He3+He4)稀释制冷等方法，使样品在超高真空和/或低温、超低温以及超低噪音环境中检测。工作时，用电致伸缩步进器6使探针走向样品或使样品走向探针而实现探针与样品之间的距离即Z方向的粗调，用电致伸缩扫描管8再对探针与样品之间的距离即Z方向的细调，然后即可用电致伸缩扫描管8逐行移动探针或样品使探针对样品表面进行X和Y方向的扫描，实现对样品进行扫描检测。
对于需要在真空中切割样品以得到新鲜的样品表面时，可在样品上增加预断尾杆12，并相应增设有样品切断顶杆11。对于样品座设在盒体内壁上而探针架设在电致伸缩扫描管的前端的镜盒，所述样品切断顶杆11设在电致伸缩步进器的前端，其结构如图3所示。工作时，电致伸缩步进器6使探针走向样品的过程中用样品切断顶杆11将预断尾杆12顶掉，完成对样品的切割，使样品3在真空环境中露出新鲜的待测表面。对于样品座设在电致伸缩扫描管的前端而探针架设在盒体内壁上的镜盒，所述样品切断顶杆11设在探针架附近的盒体内壁上，其结构如图4所示。工作时，电致伸缩步进器6带动电致伸缩扫描管8使样品走向探针的过程中也使预断尾杆12靠近样品切断顶杆11而被样品切断顶杆11顶掉，完成对样品的切割，使样品3在真空环境中露出新鲜的待测表面。代替了用机械手臂或其它相关的机械传动装置对样品进行切割的复杂结构。
因为探针非常细小，在使用时有可能损坏，可在探针架5上的探针4附近设有辅助探针13(其探针类型和探针4相同)，其结构如图5-7所示。使用时，如探针4被碰坏，可将位置靠后的辅助探针13经电致伸缩步进器和电致伸缩扫描管重新调整到位，对于样品座设在电致伸缩扫描管前端而探针架设在盒体内壁上的镜盒，如探针4被碰坏，可经电致伸缩步进器和电致伸缩扫描管将样品座上的样品重新调整到位，再用外部电路将辅助探针的信号线与扫描探针显微镜连接即可。代替了用机械手臂或其它相关的机械传动装置对探针进行更换的复杂结构。所述探针和辅助探针可选用扫描隧道显微镜探针(如图5所示)或原子力显微镜探针(如图6所示)或磁力显微镜探针(如图7所示)。
如需对样品一次性进行多种探针扫描时，可将扫描完毕的探针在样品上主动顶断，再将位置靠后的另一其它类型探针经电致伸缩步进器和电致伸缩扫描管重新调整到位，对于样品座设在电致伸缩扫描管前端而探针架设在盒体内壁上的镜盒，可将扫描完毕的探针用样品主动顶断，再经电致伸缩步进器和电致伸缩扫描管将样品座上的样品重新调整到位，此时，只需用外部电路将此探针的信号线与显微镜连接即可完成对样品一次性进行多种不同类型探针的扫描。所述探针可选用扫描隧道显微镜探针和/或原子力显微镜探针和/或磁力显微镜探针(如图8所示)。
权利要求
1.一种扫描探针显微镜微型镜盒，包括电致伸缩步进器、电致伸缩扫描管、其特征在于还包括有盒体、盒盖、样品座、探针、探针架、通讯接口及抽气孔，所述样品座设在盒体内壁上，通讯接口和抽气孔设在盒体或盒盖上，电致伸缩步进器经弹簧片压装在盒体内，电致伸缩扫描管的后端固定在电致伸缩步进器上，探针架设在电致伸缩扫描管的前端，探针装在探针架上，探针信号线和电致伸缩步进器控制线及电致伸缩扫描管控制线与通讯接口连接。
2.如权利要求
1所述的扫描探针显微镜微型镜盒，其特征在于还包括有样品切断顶杆，所述样品切断顶杆设在电致伸缩步进器的前端。
3.一种扫描探针显微镜微型镜盒，包括电致伸缩步进器、电致伸缩扫描管、其特征在于还包括有盒体、盒盖、样品座、探针、探针架、通讯接口及抽气孔，所述探针架设在盒体内壁上，探针装在探针架上，通讯接口和抽气孔设在盒体或盒盖上，电致伸缩步进器经弹簧片压装在盒体内，电致伸缩扫描管的后端固定在电致伸缩步进器上，样品座设在电致伸缩扫描管的前端，探针信号线和电致伸缩步进器控制线及电致伸缩扫描管控制线与通讯接口连接。
4.如权利要求
3所述的扫描探针显微镜微型镜盒，其特征在于还包括有样品切断顶杆，所述样品切断顶杆设在探针架附近的盒体内壁上。
5.如权利要求
1或2或3或4所述的扫描探针显微镜微型镜盒，其特征在于在探针附近的探针架上设有位置靠后的辅助探针，所述探针和辅助探针可选用扫描隧道显微镜探针和/或原子力显微镜探针和/或磁力显微镜探针。
专利摘要
本发明涉及扫描探针显微镜领域的一种扫描探针显微镜微型镜盒，其结构包括电致伸缩步进器、电致伸缩扫描管、盒体、盒盖、样品座、探针、探针架、通讯接口及抽气孔，还包括有样品切断顶杆及辅助探针，所述探针和辅助探针可选用扫描隧道显微镜探针和/或原子力显微镜探针和/或磁力显微镜探针。具有结构简单合理、生产成本低、体积小如香烟盒、便于携带等优点，对提高真空度、降低温度、提高信噪比和信号稳定性等都极为有利。可在盒内对样品进行真空切割和在真空中更换探针，并能一次性完成对样品进行多种不同类型探针的扫描，既适合扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜单独使用，也适合扫描隧道显微镜和原子力显微镜和磁力显微镜组合使用。
文档编号G01Q70/00GKCN1782692SQ200410065365
公开日2006年6月7日 申请日期2004年11月29日
发明者陆轻锂, 陆轻铱, 高峰, 陆轻铀 申请人:陆轻锂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan