一种扫描探针显微镜中的探针、其制备方法及探测方法_4

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微镜平台,通过初始化模块设定系统各单元初始参数;
[0166](2)在控制模块作用下,压电驱动器驱动探针位移至样品表面某初始位置,光源照射探针臂,反射信号通过光电四象限检测器收集;探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描,扫描过程中控制探针针尖2表面的第二导电层10与样品表面点接触或振动点接触;同时,电流源、第一导电层9、热电阻材料层8、第二导电层10以及样品形成闭合的电学回路;
[0167]反射信号通过光电四象限检测器收集,然后通过前端放大器与积分器相连接,积分器与高压放大器相连接,高压放大器的一路信号反馈至压电驱动器,构成闭环控制,另一路信号与延时器相连接,延时器与锁相放大器的I ω ( 一倍频通道)和3 ω (三倍频通道)通道相连接,锁相放大器与后端放大器相连接,后端放大器与计算机相连接,经分析处理后得到样品的形貌信号图像;同时,电流源对探针施加电信号,该电信号流入第一导电层9、热电阻材料层8、第二导电层10以及样品后,流入大地,形成电压信号,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的电信号图像;
[0168](3)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置;
[0169](4)使针尖2表面的第二导电层10与样品表面相接触;电流源、第一导电层9以及热电阻材料层8形成闭合的热电回路;电信号施加单元对热电阻材料层8进行加热,进而对探针针尖进行加热,使得探针针尖的温度高于样品的温度;探针驱动单元驱动探针针尖与样品相接触,样品与探针针尖发生热交换,进而影响到热电阻材料层8的温度,由于热阻效应,使得热电阻材料层8的电阻值发生变化,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的热信号图像;
[0170](5)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0171](6)每一点重复步骤⑷与(5),直到按照步骤⑵所述的横向方向对样品表面逐点扫描完毕。
[0172]实施例4:
[0173]本实施例中,扫描探针显微镜装置与实施例3中基本相同,所不同的是第二导电层10集成在热电阻材料层8中。
[0174]实施例5:
[0175]本实施例中,扫描探针显微镜装置与实施例1基本相同,所不同的是利用上述扫描探针显微镜装置在室温下对样品的磁、热、电性能进行原位、同步、实时探测,探测方法如下:
[0176](I)样品固定于扫描探针显微镜平台,通过初始化模块设定系统各单元初始参数;
[0177](2)在控制模块作用下,压电驱动器驱动探针位移至样品表面某初始位置,光源照射探针臂,反射信号通过光电四象限检测器收集;探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描,扫描过程中控制探针针尖2表面的薄膜三6与样品表面点接触或振动点接触,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后通过前端放大器与积分器相连接,积分器与高压放大器相连接,高压放大器的一路信号反馈至压电驱动器,构成闭环控制,另一路信号与延时器相连接,延时器与锁相放大器的I ω ( 一倍频通道)和3 ω (三倍频通道)通道相连接,锁相放大器与后端放大器相连接,后端放大器与计算机相连接,经分析处理后得到样品的形貌信号图像;
[0178](3)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置并且向上抬高一定距离,按照步骤(2)所述的横向定向对样品表面进行再次扫描,扫描过程中控制探针针尖2表面的薄膜三6沿步骤(2)得到的形貌图像进行纵向位移或者振动,位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后如步骤(I)所述,通过前端放大器、积分器、高压放大器、延时器、锁相放大器、后端放大器,与计算机相连接,经分析处理后得到样品的磁信号图像;
[0179](4)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置;
[0180](5)使针尖2表面的薄膜三6与样品表面相接触;电流源、薄膜一 4以及薄膜三6形成闭合的热电回路;电流源对探针施加电信号,电流流入针尖2并对其进行加热,针尖2与样品进行热交换,使该热学回路中的电压信号发生变化,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的热信号图像;
[0181](6)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0182](7)每一点重复步骤(5)与(6),直到按照步骤⑵所述的横向方向对样品表面逐点扫描完毕;
[0183](8)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置,使针尖2表面的薄膜三6与样品表面相接触;
[0184](9)电流源、薄膜一 4、薄膜三6以及样品形成闭合的电学回路;电流源对探针施加电信号,该电信号流入薄膜一 4、薄膜三6以及样品后,流入大地,形成电压信号,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的电信号图像;
[0185](10)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0186](11)每一点重复步骤⑶与(9),直到按照步骤⑵所述的横向方向对样品表面逐点扫描完毕。
[0187]实施例6:
[0188]本实施例中,扫描探针显微镜装置与实施例3基本相同,所不同的是第二导电层10材料为铁(Fe)、钴(Co)或者镍(Ni)。
[0189]利用上述扫描探针显微镜装置在室温下对样品的磁、热、电性能进行原位、同步、实时探测,探测方法如下:
[0190](I)样品固定于扫描探针显微镜平台,通过初始化模块设定系统各单元初始参数;
[0191](2)在控制模块作用下,压电驱动器驱动探针位移至样品表面某初始位置,光源照射探针臂,反射信号通过光电四象限检测器收集;探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描,扫描过程中控制探针针尖2表面的第二导电层10与样品表面点接触或振动点接触,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后通过前端放大器与积分器相连接,积分器与高压放大器相连接,高压放大器的一路信号反馈至压电驱动器,构成闭环控制,另一路信号与延时器相连接,延时器与锁相放大器的I ω ( 一倍频通道)和3 ω (三倍频通道)通道相连接,锁相放大器与后端放大器相连接,后端放大器与计算机相连接,经分析处理后得到样品的形貌信号图像;
[0192](3)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置并且向上抬高一定距离,按照步骤(2)所述的横向定向对样品表面进行再次扫描,扫描过程中控制探针针尖2表面的第二导电层10沿步骤(2)得到的形貌图像进行纵向位移或者振动,位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后如步骤(I)所述,通过前端放大器、积分器、高压放大器、延时器、锁相放大器、后端放大器,与计算机相连接,经分析处理后得到样品的磁信号图像;
[0193](4)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置;
[0194](5)使针尖2表面的第二导电层10与样品表面相接触;电流源、第一导电层9、热电阻材料层8形成闭合的热电回路;电信号施加单元对热电阻材料层8进行加热,进而对探针针尖进行加热,使得探针针尖的温度高于样品的温度;探针驱动单元驱动探针针尖与样品相接触,样品与探针针尖发生热交换,进而影响到热电阻材料层8的温度,由于热阻效应,使得热电阻材料层8的电阻值发生变化,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的热信号图像;
[0195](6)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0196](7)每一点重复步骤(5)与(6),直到按照步骤⑵所述的横向方向对样品表面逐点扫描完毕;
[0197](8)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置,使针尖2表面的第二导电层10与样品表面相接触;
[0198](9)电流源、第二导电层10、热电阻层8、第一导电层9以及样品形成闭合的电学回路;电流源对探针施加电信号,该电信号流入导电层9,经第二导电层10以及样品后,流入大地,形成电压信号,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的电信号图像;
[0199](10)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0200](11)每一点重复步骤⑶与(9),直到按照步骤⑵所述的横向方向对样品表面逐点扫描完毕。
[0201]实施例7:
[0202]本实施例中,扫描探针显微镜结构与实施例1中基本相同,所不同的是采用具有热电阻结构的探针。
[0203]该结构中,探针包括探针臂与针尖。针尖包括针尖本体与位于其表面的磁性导电层,在探针臂上距离针尖一定间隔设置热电阻材料层,即,热电阻材料层与磁性导电之间非电连通,导电层设置在热电阻材料层表面,其一端与磁性导电相电连通。
[0204]热电阻材料层8材料为低掺杂的硅,厚度为5 μ m,导电层9材料为铋(Bi)、镍(Ni)、钴(Co)、钾(K)、石墨、石墨烯中的一种,厚度为I μ m,磁性导电10材料为铁(Fe)、钴(Co)或者镍(Ni),厚度为0.1 μ m,。
[0205]利用上述纳米磁-电-热多参量耦合原位探测系统,在室温下对样品的磁、热、电性能进行原位、同步、实时探测的方法如下:
[0206](I)样品固定于扫描探针显微镜平台,通过初始化模块设定系统各单元初始参数;
[0207](2)在控制模块作用下,压电驱动器驱动探针位移至样品表面某初始位置,光源照射探针臂,反射信号通过光电四象限检测器收集;探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描,扫描过程中控制探针针尖表面的磁性导电层与样品表面点接触或振动点接触,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后通过前端放大器与积分器相连接,积分器与高压放大器相连接,高压放大器的一路信号反馈至压电驱动器,构成闭环控制,另一路信号与延时器相连接,延时器与锁相放大器的I ω ( 一倍频通道)和3 ω (三倍频通道)通道相连接,锁相放大器与后端放大器相连接,后端放大器与计算机相连接,经分析处理后得到样品的形貌信号图像;
[0208](3)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置并且向上抬高一定距离,按照步骤(2)所述的横向定向对样品表面进行再次扫描,扫描过程中控制探针针尖表面的磁性导电层沿步骤(2)得到的形貌图像进行纵向位移或者振动,位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号,反射信号通过光电四象限检测器收集,然后如步骤(I)所述,通过前端放大器、积分器、高压放大器、延时器、锁相放大器、后端放大器,与计算机相连接,经分析处理后得到样品的磁信号图像;
[0209](4)压电驱动器驱动探针返回至步骤(2)中所述的初始位置;
[0210](5)使针尖表面的磁性导电与样品表面相接触;电流源、导电层、热电阻材料层形成闭合的热电回路;电信号施加单元对热电阻材料层进行加热;探针驱动单元驱动探针位移至样品表面某位置,使针尖表面的磁性导电与样品表面相接触,样品与针尖发生热交换,其热量经空气及磁性导电影响到热电阻材料层的温度,由于热阻效应,使得热电阻材料层的电阻值发生变化,采集该信号,经延时器、锁相放大器与后端放大器,与计算机相连接,分析处理后得到该位置样品的热信号图像;
[0211](6)按照步骤(2)所述的横向方向,压电驱动器驱动探针至下一位置;
[0212](7
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