[发明专利]嵌套式扫描探针显微镜

说明书

本发明公开了一种嵌套式扫描探针显微镜，包括壳体，还包括沿一轴向依次同轴套设的步进马达、绝缘管、绝缘配重框以及扫描头；步进马达安装于壳体内壁，绝缘管周向设置于步进马达内壁上；绝缘配重框的外壁与绝缘管之间设有弹性件，绝缘配重框通过弹性件受力与绝缘管内壁滑动配合；扫描头安装于绝缘配重框上且具有一测试端，测试端包括用于扫描样品的探针；步进马达用以驱动绝缘配重框及扫描头沿轴向步进。该嵌套式扫描探针显微镜能够实现结构紧凑、体积小、空间利用率高的效果，且具有抗干扰、高度对称性特点，能够减少温度变化引起的热漂移，提高扫描成像的质量。

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜技术领域，尤其涉及一种嵌套式扫描探针显微镜。

背景技术

扫描探针显微镜(scanning probe microscope，SPM)，因其具有独特优异的微观表征能力在各研究领域得到了广泛应用，成为探索微观世界的重要工具，同时还是人们操纵和改造原子、分子的重要手段。随着科学技术的发展，SPM应用场景的扩展，SPM结构也在逐步优化。而一款结构紧凑、刚性强、抗振动、体积小、热漂移小，空间利用率高尤其是压电材料利用率高的SPM镜体，成为科学家们不断探求的目标。

扫描探针显微镜通常包括三部分核心部件：步进马达、扫描头以及样品。所述扫描头用于携带探针在所述样品表面进行扫描，所述步进马达用于将所述扫描头推送至所述样品表面。所述步进马达多采用压电材料制成，压电步进马达种类繁多，其核心设计具有两种运动方式：一种是通过摩擦力或者惯性力驱动所述步进马达沿着z轴方向运动，其中z轴垂直于被测的所述样品表面，从而推动放置于所述步进马达前方的所述扫描头接近所述样品表面；另一种是通过横向惯性力甩动置于其上的重物块沿z轴运动，从而带动重物块上的扫描头接近样品表面。上述任一种方式，步进马达和扫描头都独立占据了一定的空间，而步进马达内部空间浪费严重，例如惯性马达是由一根中空的压电扫描管制成，内部空间几乎全部浪费，导致SPM结构不够紧凑，刚性减弱，马达步进方向空间占用大等问题。

在申请号为201711188898.X的中国专利申请中，提出了一种双压电管嵌套机械并联稳定扫描器，利用两个压电管共轴嵌套形成壁厚增加、稳定性增强的扫描头。在申请号为201010254442.0的中国专利申请中，提出了一种嵌套双压电管推动的三摩擦力压电步进器与步进扫描器涉及压电步进器，利用两个压电管共轴嵌套实现大推力、高精度的三摩擦力步进马达。但上述已知专利均未解决马达步进方向空间占用大的问题。

发明内容

发明目的：提供一种结构紧凑、体积小及空间占用率高的能够提高扫描质量的嵌套式扫描探针显微镜。

技术方案：一种嵌套式扫描探针显微镜，包括壳体，还包括沿一轴向依次同轴套设的所述步进马达、绝缘管、绝缘配重框以及扫描头；其中，所述步进马达安装于所述壳体内壁，所述绝缘管周向设置于所述步进马达内壁上；所述绝缘配重框的外壁与所述绝缘管之间设有弹性件，所述绝缘配重框通过所述弹性件受力与所述绝缘管内壁滑动配合；所述扫描头安装于所述绝缘配重框上且具有一测试端，所述测试端包括用于扫描样品的探针；所述步进马达用以驱动所述绝缘配重框及所述扫描头沿所述轴向步进。

优选的，所述步进马达具有相对设置的一固定端和一自由端；所述绝缘管周向设置于所述自由端的内壁上；所述绝缘配重框包括连接部和滑动部，所述滑动部通过所述弹性件沿所述轴向滑动配合于所述绝缘管内；所述扫描头安装于所述连接部上。所述绝缘配重框起绝缘作用且具有配重功效以增加惯性力。

优选的，所述扫描头的测试端对应所述自由端。

优选的，样品位于所述自由端一侧并与所述探针间隔设置。

优选的，所述探针设置于所述自由端一侧并与样品间隔设置，用以使所述探针更换方便。

优选的，所述扫描头的测试端对应所述固定端，样品位于所述固定端。

优选的，所述步进马达为压电管、由多个压电片堆叠而成的压电堆栈中的任一种。