[发明专利]用于化学成像原子力显微镜红外光谱法的方法和装置

说明书

用于从纳米级到毫米级进行光谱法的方法和装置以及成像技术，包括原子力显微镜、红外光谱法、共焦显微镜、拉曼光谱法和质谱法。对于红外光谱法，用红外光照射样品，并用聚焦的UV/可见光束和/或AFM尖端读出所得的样品变形。两种技术的结合提供了使用UV/可见光的快速和大面积测量扫描以及使用AFM尖端的高分辨率测量。该方法和装置还包括通过拉曼光谱仪分析从样品反射/散射的光的能力，用于通过拉曼光谱法进行补充分析。

AFM-IR可以是用于测量和映射一些表面的光学性质/材料成分的有用技术，其分辨率接近纳米级。该技术的各个方面在共同发明人的并且与本申请共同拥有的美国专利8869602、8680457、8402819、8001830、9134341、8646319、8242448和美国专利申请13135956中描述。这些申请通过引用而整体并入。

附图说明

参考以下结合附图的详细描述描述了本文提供的实施例的方面和优点

在整体附图中，可以重复使用附图标记来指示引用的元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文描述的示例实施例，并且不旨在限制本公开的范围。

图1示出了说明性实施例的简化示意图。

图2示出了IR光束在AFM和光热之间的穿梭。

图3示出了IR和拉曼之间的穿梭。

图4示出了对于AFM使用与UV/vis光收集相同的物镜。

图5示出了包括激光扫描共焦显微术和光谱学的实施例。

图6示出了与图2中所示的实施例相关的实施例，其中IR和UV/vis光用相同的物镜聚焦。

图7示出了IR源是宽带源的实施例。

图8显示了包括质谱法的实施例。

图9示出了采用红外辐射的全内反射照射的实施例。

具体实施方式

定义

使探针与样品”相互作用是指使探针尖端足够接近样品表面，使得发生一个或多个近场相互作用，例如吸引和/或互斥的尖端-样品力，和/或从探针顶点附近的样品区域散射的辐射的产生和/或放大。相互作用可以是接触模式、间歇接触/轻敲模式、非接触模式、脉冲力模式和/或任何横向调制模式。相互作用可以是恒定的，或者如优选实施例中那样是周期性。周期性相互作用可以是正弦波或任何任意的周期性波形。脉冲力模式和/或快速力曲线技术也可用于周期性地使探针达到与样品的所需水平的相互作用，然后是保持期，然后是随后的探针缩回。

“照射”意指将辐射引导到物体，例如样品的表面、探针尖端、和/或探针-样品相互作用的区域。照射可以优选地包括红外波长范围内的辐射，但是也可以使用其他波长。照射可以包括辐射源、脉冲发生器、调制器、反射元件、聚焦元件和任何其他光束调向或调节元件的任意配置。

“红外源”和“红外辐射源”是指产生或发射红外波长范围内(通常在2-25微米之间)的辐射的一个或多个光源。辐射源可以是大量源中的一种，包括热源或碳硅棒源、超连续激光源、频率梳、差频发生器、和频发生器、谐波发生器、光学参量振荡器(OPO)、光学参量发生器(OPG)、量子级联激光器(QCL)、纳秒、皮秒、飞秒和阿秒激光系统、CO2激光器、加热悬臂探针或其他显微加热器、和/或产生辐射光束的任何其他源。在优选实施例中，源发射红外辐射，但它可以代替地或也可以在其他波长范围内发射，例如从紫外到太赫兹(THz)。源可以是窄带，例如光谱宽度10cm^-1或1cm^-1更少，或者可以是宽带，例如光谱宽度10cm^-1，100cm^-1或大于500cm^-1。