[发明专利]原子力显微镜探针的法向弹性常数针尖无损标定装置和使用方法

权利要求书

1.一种原子力显微镜探针的法向弹性常数针尖无损标定装置的使用方法，法向弹性常数针尖无损标定装置包括：灵敏度标定微台、弯曲力标定微台和二维电动位移台(12)，所述灵敏度标定微台和弯曲力标定微台各安装在一个所述二维电动位移台(12)上或安装在同一个所述二维电动位移台(12)上，用于在水平面移动，其中，所述灵敏度标定微台包括一第一倾斜硅片基底(11)，所述弯曲力标定微台包括：天平(21)和第二倾斜硅片基底(22)，所述第一倾斜硅片基底(11)和第二倾斜硅片基底(22)的顶端各形成有一棱；其特征在于，法向弹性常数针尖无损标定装置的使用方法包括以下步骤：

1)使微悬臂梁探针(10)的针尖朝上，移动所述二维电动位移台(12)，以使所述第一倾斜硅片基底(11)的棱位于所述针尖的正下方的400-600nm处，使所述微悬臂梁探针(10)以下移量ΔZ'下压所述第一倾斜硅片基底(11)的棱，通过光电检测器(14)获取所述微悬臂梁探针(10)的法向电压输出量ΔU_y'，将法向电压输出量ΔU_y'和下移量ΔZ'代入公式(1)，获得所述微悬臂梁探针(10)的光杠杆灵敏度S_y；

S_y＝ΔU_y'/ΔZ' (1)

2)使微悬臂梁探针(10)的针尖朝上，移动所述二维电动位移台(12)，以使所述第二倾斜硅片基底(22)的棱位于所述针尖的正下方的400-600nm处，下压所述微悬臂梁探针(10)，使所述微悬臂梁探针(10)以下移量ΔZ'下压所述第二倾斜硅片基底(22)的棱，通过光电检测器(14)获取所述微悬臂梁探针(10)的法向电压输出量ΔU_y”以及通过所述天平(21)获取下压前后该天平(21)的示数变化ΔM，将所述法向电压输出量ΔU_y”和光杠杆灵敏度S_y代入公式(2)，获得微悬臂梁弯曲量ΔZ”；

ΔZ”＝ΔU_y”/S_y (2)

3)将所述示数变化ΔM和微悬臂梁弯曲量ΔZ”代入公式(3)，获得法向弹性常数K_n，其中，G为重力加速度；

K_n＝ΔM·G/ΔZ” (3)。

2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，还包括：光学结构，所述光学结构包括：激光光源(18)、极化分光镜(16)、薄膜分束器(6)、物镜(19)、三维电动位移台(7)、压电陶瓷片(8)和光电检测器(14)，在所述激光光源(18)发射激光的光路上设置有一孔径光阑(17)，用于将所述激光约束成平行光，所述极化分光镜(16)设置在所述平行光的光路上，以使所述平行光透过所述极化分光镜(16)后形成P光，在所述P光的光路上安装有四分之一玻片(15)，以使所述P光经过四分之一玻片(15)后变为椭圆偏振光，在所述椭圆偏振光的光路上安装有薄膜分束器(6)，以使所述椭圆偏振光经该薄膜分束器(6)被反射形成第一光束；所述微悬臂梁探针(10)安装在一探针夹持器(9)内，所述探针夹持器(9)和三维电动位移台(7)分别固装在所述压电陶瓷片(8)的相对两侧，所述微悬臂梁探针(10)位于所述物镜(19)的焦平面处，所述第一光束透过所述物镜(19)并被所述微悬臂梁探针(10)反射形成第二光束，所述第二光束透过所述物镜(19)并形成第三光束，所述第三光束被所述薄膜分束器(6)反射至所述四分之一玻片(15)后形成线偏振光，所述线偏振光被所述极化分光镜(16)反射至所述光电检测器(14)。

3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，还包括：纵向位移器(1)，所述激光光源(18)、孔径光阑(17)、极化分光镜(16)、四分之一玻片(15)、薄膜分束器(6)、物镜(19)、三维电动位移台(7)和光电检测器(14)均与一固定件(13)固装，所述固定件(13)与所述纵向位移器(1)固装。