[发明专利]具有紧凑型扫描器的扫描探针显微镜

权利要求书

1.一种用于包括头部的扫描探针显微镜(SPM)的扫描器，所述扫描器包括：

扫描器本体，所述扫描器本体容纳致动器和传感器，所述传感器检测扫描器移动；并且

其中，所述扫描器本体能够通过手且在不使用工具的情况下从所述头部移除，并且所述扫描器本体具有小于5立方英寸的总体积；

其中，所述扫描器本体具有a)第一开放端，所述第一开放端用于将所述扫描器耦合到所述扫描探针显微镜的头部的自由端部，所述自由端部具有外表面并且朝向样品延伸，以及b)第二封闭端，所述第二封闭端支承探针保持件，并且其中，所述本体具有在所述第一开放端与所述第二封闭端之间延伸的内表面，并且其中，所述外表面和所述内表面成类似的锥形以便彼此配对；以及

其中，所述内表面包括环状棘爪以容置设置在所述外表面中的凹槽中的密封元件并在所述自由端部与所述扫描器之间提供密封接合。

2.根据权利要求1所述的扫描器，其中，所述扫描器为Z扫描器，所述Z扫描器提供耦合到所述Z扫描器的探针装置的仅沿着与被扫描的样品正交的方向的运动。

3.根据权利要求2所述的扫描器，还包括耦合在所述致动器与所述探针装置之间的弯曲隔膜，所述弯曲隔膜限制所述探针装置相对于所述方向在侧向上的运动。

4.根据权利要求2所述的扫描器，其中，所述传感器测量所述探针装置在所述方向上的运动，并且所述传感器的至少一部分由所述本体支承。

5.根据权利要求4所述的扫描器，其中，所述传感器包括悬臂元件和链接件，所述悬臂元件具有固定端和自由端，并且其中，所述链接件的一端耦合到所述悬臂元件的自由端，所述链接件的对端耦合到支承所述探针装置的探针保持件。

6.根据权利要求1所述的扫描器，其中，所述本体被密封以便于在流体中的操作。

7.根据权利要求5所述的扫描器，其中，所述传感器还包括设置在所述悬臂元件的固定端的应变计。

8.根据权利要求1所述的扫描器，其中，由所述锥形的内表面所限定的角度在15°与35°之间。

9.根据权利要求1所述的扫描器，其中，与所述扫描器相关联的基础谐振频率大于10kHz。

10.根据权利要求9所述的扫描器，其中，所述基础谐振频率大于40kHz。

11.根据权利要求1所述的扫描器，其中，所述自由端部为形成所述头部的一部分的壳体。

12.根据权利要求5所述的扫描器，其中，探针保持件刚性地耦合到所述本体。

13.根据权利要求1所述的扫描器，还包括所述自由端部中的真空口，所述真空口将真空力施加至所述本体。

14.根据权利要求13所述的扫描器，其中，所述真空口耦合到所述自由端部中的真空孔，所述自由端部中的真空孔连接到所述本体中的真空孔。

15.根据权利要求1所述的扫描器，还包括至少一个狭槽，以接纳由所述头部支承的对准销，从而相对于所述头部定向所述探针的尖端。

16.一种操作具有头部的原子力显微镜(AFM)的方法，所述方法包括：

设置扫描器，所述扫描器包括具有小于5立方英寸的总体积并支承探针装置的本体；

通过手且在不使用工具的情况下将所述扫描器附接到所述头部；以及

操作所述原子力显微镜；

其中，所述本体具有a)第一开放端，所述第一开放端用于将所述扫描器耦合到所述原子力显微镜的头部的自由端部，所述自由端部具有外表面并且朝向样品延伸，以及b)第二封闭端，所述第二封闭端支承探针保持件，并且其中，所述本体具有在所述第一开放端与所述第二封闭端之间延伸的内表面，并且其中，所述外表面和所述内表面成类似的锥形以便彼此配对，以及

其中，所述内表面包括环状棘爪以容置设置在所述外表面中的凹槽中的密封元件并在所述自由端部与所述扫描器之间提供密封接合。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括利用至少部分地由壳体支承的传感器直接感测所述探针装置的移动。