[发明专利]双端音叉扫描探针测头系统及其测量方法

权利要求书

1.双端音叉扫描探针测头系统的扫描测量方法，其特征在于：双端音叉扫描探针测头系统包括有刚性支承和双端音叉，所述双端音叉由两个叉端和连接两个叉端的叉臂对构成，双端音叉的一个叉端连接在刚性支承底面，另一个叉端为自由端；叉臂对中两个叉臂分别垂直于刚性支承底面并沿竖向并行设置；双端音叉的自由端下方底面正中间固定有钨探针；

其扫描测量方法：通过叉臂四周分割法布置电极，激励双端音叉两个叉臂沿厚度方向反相弯曲振动；设置所述双端音叉自由端底面固定设置的钨探针在竖直Z方向上以接触模式与试样碰触，检测双端音叉谐振信号的变化以表征所述钨探针尖端与试样表面的碰触程度。

2.根据权利要求1所述的扫描测量方法，其特征在于：双端音叉由石英晶体制备，切型选择与振动模式及工作频率相关，弯曲振动模式下XY切型对应频率范围1~80KHz，NT切型对应频率范围40~100KHz；所述双端音叉选择XY切型、5º切角，且叉臂长度沿石英晶体y轴方向，宽度沿石英晶体z方向，厚度沿石英晶体x轴方向，即采用(xyt) 5º切型切角结构。

3.根据权利要求1所述的扫描测量方法，其特征在于：双端音叉的谐振频率与其几何尺寸相关，即可通过改变叉臂的长度、宽度、厚度调节双端音叉的谐振频率及力频系数，所述双端音叉谐振频率以及力频系数与其几何尺寸的相关关系式分别为：，；其中f为双端音叉的基频，S为其力频系数，l、w、t分别为音叉叉臂长度、宽度、厚度，m为与边比有关的系数，ρ为石英材料的密度，s΄₂₂为石英的弹性柔顺常数。

4.根据权利要求1所述的扫描测量方法，其特征在于：双端音叉两个叉臂上电极的设置采用叉臂四周分割法布置电极方式，使沿叉臂长度方向的电极在叉臂主面和侧面上的零应力点波节处改变极性。

5.根据权利要求1所述的扫描测量方法，其特征在于：所述谐振信号为双端音叉的谐振频率或谐振相位。

6.根据权利要求1所述的扫描测量方法，其特征在于：采用钨探针与试样表面间歇接触的逐点扫描测量方法，或钨探针与试样表面持续接触的逐行扫描测量方法。