一种原子力显微镜探针悬臂振动装置的制作方法

专利名称:一种原子力显微镜探针悬臂振动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原子力显微镜探针悬臂振动领域，且特别涉及一种原子力显微镜探针悬臂振动装置。
背景技术：
原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM), 一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。
对于传统的商业原子力显微镜(AFM)，用来放置探针的液体槽装有压电陶瓷，当在溶液环境中工作在轻敲模式时，通过在压电陶瓷上加交流电压引起其形变而驱动探针振动。由于压电陶瓷埋在液体槽中，这样当探针振动时，整个液体槽也会产生机械振动，观察频谱图，可以看到很多森林似的杂峰，降低了信噪比，并且由于杂峰的存在，有时会选错探针的共振频率。对于新发展的静电力驱动AFM悬臂振动的方法，避免了杂峰的产生，但是由于弱的静电作用力，悬臂振动振幅较小，从而信噪比较低，阻碍了这一新技术的应用。

实用新型内容

本实用新型提出一种原子力显微镜探针悬臂振动装置，用于解决用静电力驱动AFM悬臂振动振幅较小的问题。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种原子力显微镜探针悬臂振动装置，包括
有机玻璃基底；
第一沟槽和第二沟槽，分别设置于所述有机玻璃基底上；
探针，设置于所述第一沟槽；
导电玻璃，设置于所述第二沟槽。
进一步的，所述第一沟槽和第二沟槽为长方形沟槽。
进一步的，所述导电玻璃为铟化镓玻璃。
进一步的，所述探针通过铜片和螺丝固定。
进一步的，所述第一沟槽中设置有导电片与所述探针悬臂背面金属层电气接触。
进一步的，所述导电片过漆包铜线与第一铜电极电气连接。
进一步的，所述导电玻璃的导电层通过漆包铜线与第二铜电极电气连接。
进一步的，所述有机玻璃基底上设置有不锈钢稳定装置。
本实用新型提出的原子力显微镜探针悬臂振动装置，通过在铟化镓(ITO)导电玻璃和导电探针悬臂之间施加交流电压产生静电力，静电力直接作用在悬臂上驱动悬臂振动，在频谱图中只产生单一的平滑的共振峰；同时施加直流偏压，提高悬臂振幅，从而增加探针悬臂振动信号的信噪比，有利于锁定真正的悬臂共振频率，从而提高仪器的分辨率。
本实用新型的测量装置与现有技术相比，不仅装置结构比较简单，操作方便，而且静电力直接作用在悬臂上，避免了杂峰的出现，在频谱图中得到平滑的单一共振峰，很容易的选择探针工作时的共振频率。加直流偏压，提高振幅，由于信噪比增加而提高了仪器的分辨率。


图I所示为本实用新型较佳实施例的原子力显微镜探针悬臂振动装置结构示意图。图2所示为图I的原子力显微镜探针悬臂振动装置结构示意图的后视图。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
本实用新型的目的在于解决用静电力驱动AFM悬臂振动振幅较小的问题，特别是传统的装有压电陶瓷的液体槽在驱动探针振动时由于机械振动产生许多除探针悬臂共振峰以外的杂峰，影响探针共振频率的选择，且由于信噪比降低导致仪器分辨率降低的问题。针对上述缺点，本实用新型在传统驱动探针振动的基础上发展了一种静电力驱动原子力显微镜(AFM)探针悬臂振动的装置，该装置结构简单，操作方便，在ITO导电玻璃和导电悬臂之间加交流电压产生静电力，静电力直接作用在悬臂上驱动探针悬臂振动；同时叠加直流偏压，提闻振幅。
请参考图I和图2，图I所示为本实用新型较佳实施例的原子力显微镜探针悬臂振动装置结构示意图，图2所示为图I的原子力显微镜探针悬臂振动装置结构示意图的后视图。本实用新型提出一种原子力显微镜探针悬臂振动装置，包括有机玻璃基底100 ;第一沟槽200和第二沟槽300，分别设置于所述有机玻璃基底100上；探针，设置于所述第一沟槽200 ;导电玻璃,设置于所述第二沟槽300。
根据本实用新型较佳实施例，所述第一沟槽200和第二沟槽300为长方形沟槽，分别安置AFM探针和ITO(铟化镓)导电玻璃，悬臂背面金属镀层和导电玻璃作为两个电极，在这两个电极间施加交流信号从而产生静电力来驱动悬臂振动，施加直流偏压，提高振幅。所述探针通过铜片400和螺丝固定，所述第一沟槽200中设置有导电片500与所述探针悬臂背面金属层电气接触，所述导电片500过漆包铜线与第一铜电极600电气连接，所述导电玻璃的导电层通过漆包铜线与第二铜电极700电气连接，所述两个金属电极600、700，置于该装置有机玻璃基底100部分的沟槽内，所述两个金属电极600、700连接有信号发生器，用于产生交流电压加到悬臂和ITO玻璃上，从而产生静电力驱动悬臂振动；加直流偏压，提高振幅。
进一步的，所述有机玻璃基底100上设置有不锈钢稳定装置800。进一步的，该静电力驱动装置还包括原子力显微镜(AFM)其它部件，用于成像。进一步的，该静电力驱动装置还包括数据采集卡，用于采集悬臂的振动信号，通过傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，从而产生悬臂振动的频谱图。所述数据采集卡采样频率为5MHz，采样数为1M。[0026]综上所述，本实用新型的测量装置与现有技术相比，不仅装置结构比较简单，操作方便，而且静电力直接作用在悬臂上，避免了除探针悬臂共振峰以外杂峰的出现，在频谱图中得到平滑的单一共振峰，很容易的选择探针工作时的共振频率。由于振动振幅增加，信噪比增加从而提高了仪器的分辨率。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要 求书所界定者为准。
权利要求
1.一种原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，包括有机玻璃基底；第一沟槽和第二沟槽，分别设置于所述有机玻璃基底上；探针，设置于所述第一沟槽；导电玻璃，设置于所述第二沟槽。
2.根据权利要求
I所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述第一沟槽和第二沟槽为长方形沟槽。
3.根据权利要求
I所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述导电玻璃为铟化镓玻璃。
4.根据权利要求
I所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述探针通过铜片和螺丝固定。
5.根据权利要求
I所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述第一沟槽中设置有导电片与所述探针悬臂背面金属层电气接触。
6.根据权利要求
5所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述导电片过漆包铜线与第一铜电极电气连接。
7.根据权利要求
6所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述导电玻璃的导电层通过漆包铜线与第二铜电极电气连接。
8.根据权利要求
I所述的原子力显微镜探针悬臂振动装置，其特征在于，所述有机玻璃基底上设置有不锈钢稳定装置。
专利摘要
本实用新型提出一种原子力显微镜探针悬臂振动装置，包括有机玻璃模块，在其上面有2个长方形的槽，分别安置探针和铟化镓导电玻璃，探针悬臂镀有金属的背面和导电玻璃作为两个电极，在这两个电极间施加交流信号从而产生静电力来驱动悬臂振动，进一步叠加直流信号来提高悬臂振动幅度；不锈钢模块，用于稳定此装置，减小漂移。本实用新型在用静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动的基础上发展了一种通过叠加直流偏压增加振动幅值的装置，该装置结构简单，操作方便，作用力直接施加于悬臂，避免了悬臂振动频谱图中杂峰的出现，提高了振幅，从而振动信号的信噪比增加，有利于锁定真正的悬臂共振频率，进而提高了仪器的分辨率。
文档编号G01Q60/38GKCN202676735SQ201220341620
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月13日
发明者邵志峰, 张金金, 丹尼尔·恰科夫, 孙洁林, 沈轶, 胡钧 申请人:上海交通大学