[发明专利]用于呈现微粒立体形貌的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于呈现微粒立体形貌的装置，本发明利用两电极间隧道效应，对中间载物结构上所附着的微粒进行三维立体扫描，有利于得到该微粒的立体表面形貌，属于呈像仪器技术领域。

背景技术

自有人类文明以来,人们就一直为探索微观世界的奥秘而努力不懈。1674年,荷兰人列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜,并利用这台显微镜首次观察到了血红细胞,从而开始了人类使用仪器来研究微观世界的新纪元。但是由于受到光波波长的限制,光学显微镜的分辨率只局限在细胞的水平上,即大约1μm至0.1μm的水平上。

1924年,德布罗意提出了微观粒子具有波粒二象性的概念,于是,人们在物质领域找到了一种波长更短的媒质—电子(λ=0.001nm)。1931年德国科学家恩斯特·鲁斯卡利用电子透镜可以使电子束聚焦的原理和技术,成功地发明了电子显微镜。电子显微镜的放大倍数提高到上万倍,分辨率达到了0.01μm。其后的几十年里,许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世,如透射电子显微镜,扫描电子显微镜,场电子显微镜,场离子显微镜,低能电子衍射,俄歇谱仪,光电子能谱,电子探针等。这些技术在表面科学各领域的研究中起着重要的作用,但任何一种技术在应用中都存在着这样或那样的局限性。

二十世纪七十年代初期,美国的Young等人制作“形貌仪”,当时他们所使用的偏压高达数千伏特,针尖—样品距离约100Å，此仪器的垂直分辨率(即:方向)约为30Å，横向分辨率（x，y方向)约为4000Å。

二十世纪七十年代末德裔物理学家GerdBinning和HeinrihcRohrer受到有

关文章的启发,对整个系统做了很大改进:扫描时将探针—样品距离拉至10Å (远低于Young当时所设置的100Å),及使用很低的偏压有效隔离了振动；在超高真空(torr或更低压)中制备出表面干净的样品。在此基础上,他们发明了扫描隧道显微镜并获得了原子图像。STM利用量子力学中的隧道效应,将纳米尺度的二维测量与一维位移测量相结合,首次实现了纳米尺度的三维观测(横向0.1nm,纵向0.01nm)。扫描隧道显微镜被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一。STM自被发明以来，先后被用于大气、低温、蒸馏水和电解液环境下研究不同物质的表面结构,成为纳米科学技术的主要工具。

至今，我们所有应用于观测细小微粒的显微镜都是只能将微粒固定正对观测探针头，因此只能观测到正对观测探针头部的局部区域而无法观测到整个微粒或者样品的立体形貌。

有鉴于此，我们利用隧道效应发明一种用于探测微粒立体形貌的显微镜，扫面样品的各个平面并有利于呈现出来其真正的三维立体的结构形貌。

发明内容

本发明针对传统式显微镜只能观测探头所正对样品的端面的形貌这一局限，突破性对所固定在中间载物台上的原子或近似原子级大小的微粒进行360°全方位立体扫描有利于呈现真正的立体形貌。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种用于呈现微粒立体形貌的装置，在装置的底座左右两端及中间部位分别装有电动或者手动的微位移工作台，左右两端的电动或者手动的微位移工作台前端安装有三维压电微位移工作台，保证两端电极尖端能实现接触并远离，测量开始前使左右两电极分开一定距离，以上设计为了充分保证两电极尖端能精确对准；两电极尖端对准之后，在可视的极小范围内，通过三维压电微位移工作台精确缩短两金属电极尖端的距离，距离的控制主要通过给三维压电微位移工作台提供给定电压使其伸长或者缩短微小定距离来实现，控制范围在0.01nm—100nm之间，此时才有所谓的隧道效应，两金属电极之间才有隧道电流的产生，电流束的宽度肯定小于尖端纵向直径的大小，尖端纵向直径越小，那么得到的电流束也越细，电流也就越小从而测得的数据越精确，此时在两电极之间固定放置一微粒，微粒大小等同于原子大小甚至更小，当微粒的某一部分挡住电流束时，电流的大小会受到影响，我们就是要采集隧道电流变化的数据，由于装置比较灵活，可以多角度不同方向测量此微粒，便得到一系列的电流变化数据，通过控制与采集电路把变化的电流数据传输给控制与成像系统，最后呈现微粒的表面形貌。

选择地，所述装置控制左右两个电极之间及中间被测物体相对位置的装置；包括底座、左边电极工作台、中间载物工作台、右边电极工作台。

选择地，所述装置的左边电极工作台、右边电极工作台固定安装在底座上。