[实用新型]一种双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测系统。

背景技术

近年来，现代科学技术、工业、农业及国防等各个领域的最重要特点之一，是朝着容量更大、速度更快、尺度更小的方向飞速发展及延伸，人类社会已真正进入信息时代及微纳米时代。微纳米技术正是在二十世纪末、二十一世纪初快速发展起来的前沿技术，世界上各主要国家都将微纳米技术作为新世纪的优先发展领域。而光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）及扫描探针显微镜（SPM）等微纳米探测与显微成像技术，是微纳米技术发展的重要基础。SPM家族中最具代表性的是扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），其中尤其以AFM的研究和应用更为广泛，因为AFM不受微纳米样品的导电性、磁性及物质态（固态、胶体、液态）等的限制，因而在在物理学、化学、材料学、微电子学、光电子学、生命科学及微纳米技术的其他领域发挥了重大作用，极大地推动了科学技术特别是微纳米技术的发展。

随着微纳米技术的发展，也必然会对AFM技术提出新的要求。目前，世界上绝大多数AFM，或称之为常规AFM，其探测头都是采用微探针固定、对样品进行扫描的形式。这些AFM仪器能够较好地实现小质量、小尺寸的微纳米样品的小范围扫描成像，但不能实现尺寸和重量较大的样品的扫描探测，而显而易见的是，尺寸和重量较大的样品占大多数。为此，需要克服常规AFM的局限性，研究发展出新型探针扫描式（样品固定）AFM技术，而这其中，需要解决光束与微探针的联动跟踪、消除扫描器的X与Y轴耦合干扰及图像畸变、消除Z向反馈的干扰信号及图像失真等关键技术问题。

采用将样品固定在开放式样品台上、用双管扫描器扫描微探针并且联动跟踪光束的方法，实现各种样品的微纳米结构探测与AFM扫描成像，很好地克服了常规样品扫描型AFM及现有探针扫描式AFM尚存在的局限性，为实现各类微纳米样品（尺寸和重量不受限制）的无畸变、无失真、快速和高精度微纳米扫描成像提供了新的技术途径，可广泛应用于微纳米技术的各个领域，进而满足我国国民经济、社会发展、科学技术及国防等领域的国家需求。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测系统。

双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测系统包括双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测头、前置放大器、扫描与反馈控制单元、硬件接口、计算机和显示器；前置放大器与光电位置探测器及扫描与反馈控制单元连接，扫描与反馈控制单元与双管扫描器、硬件接口相连，硬件接口与计算机连接，计算机与显示器连接。

所述的双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测头包括激光器、联动透镜、L形结构、楔块、探针座、微探针、光电位置探测器、双管扫描器、垫块、装配座、导轨、立架、粗调机构、细调机构、底座、样品台、样品；联动透镜通过L形结构及微探针座与双管扫描器相连，微探针通过探针座与双管扫描器相连，双管扫描器通过垫块固定在装配座上，激光器和光电位置探测器分别安装固定在装配座上，装配座与导轨相连，导轨安装在立架上并通过粗调机构和细调机构作垂直上下移动，立架和样品台分别固定在底座上，样品安装在样品台上。

所述的双管扫描器包括隔绝垫圈、Y轴分割槽、Y电极地、Y正电极、X轴分割槽、X电极地、X正电极、Z正电极；其中，隔绝垫圈将上层的Y轴扫描管与下层的X轴扫描管隔开，上层的Y轴扫描管又被两条对称分布的Y轴分割槽隔开，形成Y电极地和Y正电极，下层的X轴扫描管被两条对称分布的X轴分割槽隔开，形成X电极地和X正电极，两条Y轴分割槽与两条X轴分割槽，两两正交，从而形成上下双层结构、相互正交二等分的双管扫描器，分别实现X轴和Y轴的微纳米扫描，两者彼此独立，不产生耦合，扫描得到的AFM图像不会产生畸变。

本实用新型采用探针扫描、样品固定的方式，样品尺寸和重量不受限制；设计了与双管扫描器联动的光路系统，巧妙地实现了扫描时的光束跟踪；采用与Z反馈运动方向一致的反射光路，有效避免了反馈运动导致的伪信号及AFM图像失真；设计了上下双层结构、相互正交二等分的新型双管扫描器，分别实现X轴和Y轴的微纳米扫描，两者彼此独立，不产生耦合，扫描得到的AFM图像不会产生畸变。本实用新型的这些特色和创新，很好地克服了常规AFM在上述几个方面的局限性，为实现各类微纳米样品（尺寸和重量不受限制）的无畸变、无失真、快速和高精度微纳米扫描成像提供了新的技术途径。

附图说明

图1是双管扫描器联动跟踪型原子力显微探测系统结构示意图；