專利名稱：用于對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作的操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作的操作系統(tǒng)，更特別地，本發(fā)明涉及這樣一種操作系統(tǒng)，其包括一接口，用于與至少一種類型的顯微鏡可拆卸地進(jìn)行聯(lián)接；一試樣載臺(tái)，用于接納一個(gè)試樣；以及至少一操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)所接納的試樣進(jìn)行操作。
背景技術(shù)：
目前，在微米(μm)和納米(nm)尺度上的研究已取得了很多進(jìn)展。舉例來(lái)講，在許多科學(xué)領(lǐng)域—例如生物、醫(yī)藥、物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、工程、以及納米工程中，目前的很多工作都集中在上述的小尺度研究上，其中的目的例如在于研究物體(例如材料、生物體、病毒、病毒、微生物等)、創(chuàng)建新的物體、和/或以很高的精度將多個(gè)物體組裝到一起。
為了對(duì)如此小尺度的物體執(zhí)行操作，通常必須要使用顯微設(shè)備，以助于對(duì)物體進(jìn)行觀察。例如，人類利用裸眼所能看到的最小物體是0.1mm。如借助于一架良好的光線顯微鏡(也被稱為“光學(xué)顯微鏡”)，則可將圖像放大約1500倍。但是，光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)要受到該顯微鏡執(zhí)行工作所依據(jù)的光線的物理性質(zhì)(即光線波長(zhǎng))的限制。例如，光學(xué)顯微鏡的分辨性能(即清楚地分辨開(kāi)兩個(gè)非常接近的點(diǎn)的能力)較為有限。分辨能力α是由兩個(gè)點(diǎn)光源之間的角間距來(lái)衡量的，而這兩個(gè)點(diǎn)光源則剛剛能被該儀器檢測(cè)分辨開(kāi)。該間距角越小，儀器的分辨能力就越強(qiáng)。因而，通常具有關(guān)系式α＝1.22λ/D，式中的λ是所使用光線的波長(zhǎng)，D是物鏡的直徑，單位為(m)。光學(xué)顯微鏡所能達(dá)到的最高分辨率為0.2μm。如采用光學(xué)顯微鏡，則就無(wú)法將間距小于上述數(shù)值的兩個(gè)點(diǎn)清楚地分辨為分離開(kāi)的不同點(diǎn)。
當(dāng)然，通過(guò)減小顯微鏡用于觀察物體的輻射波的波長(zhǎng)，就能提高分辨率。因而，人們研制出了電子顯微鏡，其使用電子流來(lái)研究那些對(duì)于普通光學(xué)顯微鏡而言太小了的物體，而不是使用光線進(jìn)行工作。Max Knoll和Ernst Ruska在二十世紀(jì)三十年代研制出了第一臺(tái)電子顯微鏡。通常，電子顯微鏡利用電子束照射被研究物體，其中，該電子束的波長(zhǎng)(一般情況下，該波長(zhǎng)是作用在電子束上的磁力的結(jié)果)遠(yuǎn)小于光學(xué)顯微鏡所使用光線的波長(zhǎng)。因此，電子顯微鏡的放大倍數(shù)(以及分辨能力)相對(duì)于光學(xué)顯微鏡有了很大的提高。
現(xiàn)代電子顯微鏡一般包括(1)一電子槍，其用于產(chǎn)生加速電子束；(2)一圖像生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括靜電透鏡(舉例來(lái)講，其通常是由電磁鐵或永磁體構(gòu)成的)和金屬光闌，其中的金屬光闌用于界限并聚焦電子束，使電子束穿過(guò)樣本的表面、或掃描到表面上，并形成放大的圖像；(3)一圖像觀察及紀(jì)錄系統(tǒng)，其通常包括照相底板或熒光屏；以及(4)一真空泵，其用于保持顯微鏡的高真空度，原因在于空氣分子會(huì)使電子偏離其運(yùn)動(dòng)路線。電子顯微鏡的發(fā)展對(duì)許多科學(xué)領(lǐng)域的理論和認(rèn)識(shí)起到了巨大的推動(dòng)作用?，F(xiàn)代的電子顯微鏡具有亞納米尺度的分辨率(例如0.1nm的分辨率，這比普通的光學(xué)顯微鏡強(qiáng)1000倍)，放大倍數(shù)達(dá)到一百萬(wàn)倍，能觀察到原子級(jí)別的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。
目前已出現(xiàn)了多種不同類型的電子顯微鏡。這些電子顯微鏡基本上是按照上述的原理進(jìn)行工作的，它們并不采用光線，而是采用定向電子束對(duì)試樣進(jìn)行研究。其中一種電子顯微鏡是透射式電子顯微鏡(TEM)。在TEM中，電子穿透過(guò)樣本的薄切片，且通常在一熒光屏或照相底板上形成一個(gè)圖像。試樣上密度較大的區(qū)域允許很少的電子透過(guò)(也就是說(shuō)使更多的電子散射掉)，因而在所形成的圖像上這些區(qū)域表現(xiàn)得要暗一些。TEM的放大倍數(shù)可達(dá)到一百萬(wàn)倍，其獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是在生物、醫(yī)藥等科學(xué)領(lǐng)域，例如用于研究病毒、以及動(dòng)植物細(xì)胞的構(gòu)造。
另一種類型的電子顯微鏡是掃描電子顯微鏡(SEM)。在SEM中，電子束被聚焦到一個(gè)點(diǎn)上，且在樣本的表面上掃描。探測(cè)器收集從表面反向散射回來(lái)的二次電子，并將這些電子變換成信號(hào)，這些信號(hào)反過(guò)來(lái)再被用來(lái)為樣本形成一幅逼真的三維圖像。在掃描過(guò)程中，探測(cè)器從表面凹陷處接收到的反射電子很少，因而在所形成的圖像上，表面上較低的區(qū)域就表現(xiàn)得暗一些。SEM通常需要樣本具有導(dǎo)電性。因而，在對(duì)非導(dǎo)電性的樣本執(zhí)行掃描之前，一般先要鍍覆(例如使用濺射鍍膜機(jī))一薄層金屬(通常是金)。SEM可將物體放大約十萬(wàn)倍或更大，其獲得了廣泛的應(yīng)用，尤其是在生物、醫(yī)藥、物理、化學(xué)、以及工程技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，例如用于研究各種物體表面的三維(“3-D”)構(gòu)造，而從金屬、陶瓷到血細(xì)胞、昆蟲(chóng)體等均可是其中的被研究物體。
除了上述的光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡之外，人們還研制出了多種其它類型的顯微鏡，以利于對(duì)微觀和/或納米尺度物體的研究，這些顯微鏡包括(但不限于)原子力顯微鏡(AFM)和掃描探針顯微鏡(SPM)，作為實(shí)例，這些顯微鏡例如是原子力顯微鏡(AFM)、掃描隧穿顯微鏡(STM)、近場(chǎng)光學(xué)掃描顯微鏡(NOSM)。顯微鏡通常被用于實(shí)現(xiàn)成像(例如對(duì)樣本進(jìn)行觀察)。但是，為了具有更大的效用，目前出現(xiàn)了這樣的趨勢(shì)設(shè)置一操作機(jī)構(gòu)，其與顯微鏡配合使用，用于對(duì)被成像的樣本進(jìn)行操作。舉例來(lái)講，目前已經(jīng)在SEM上組合有探針等操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)由SEM成像的樣本進(jìn)行操作。例如，LEO ELECTRONMICROSCOPY有限公司就已設(shè)計(jì)出某些與SEM配合使用的操作機(jī)構(gòu)。另外，目前在TEM上也已經(jīng)組合有探針等操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)由TEM成像的樣本進(jìn)行操作。舉例來(lái)講，NANOFACTORYINSTRUMENT公司就已研制了用于某些用于TEM場(chǎng)合的原位探針。
另外，人們已研制出了可拆分的操作機(jī)構(gòu)，其能可拆卸地聯(lián)接到TEM上。舉例來(lái)講，NANOFACTORY INSTRUMENTS公司就研制出了此類用于TEM的可拆分操作機(jī)構(gòu)?？刹鸱值牟僮鳈C(jī)構(gòu)包括一試樣載臺(tái)，其用于接納將要由TEM進(jìn)行成像的試樣，操作機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)操作器，其具有一用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器例如是探針?？刹鸱植僮鳈C(jī)構(gòu)還包括一第一致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用在于產(chǎn)生行程相對(duì)較大的運(yùn)動(dòng)，用于對(duì)末端執(zhí)行器執(zhí)行粗調(diào)，操作機(jī)構(gòu)還包括一第二致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用在于為末端執(zhí)行器提供較為細(xì)微而精確的定位。
這樣，在工作過(guò)程中，試樣被布置在可拆分操作機(jī)構(gòu)的試樣載臺(tái)上，然后，可拆分操作機(jī)構(gòu)被插入到TEM的試樣室中。初始時(shí)，相對(duì)于布置在試樣載臺(tái)上的試樣，利用操作機(jī)構(gòu)的第一致動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行布置。這樣的第一致動(dòng)機(jī)構(gòu)例如可包括一長(zhǎng)程步進(jìn)操作器，其以較粗糙的精度提供長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)(其中的精度例如取決于長(zhǎng)程操作器的步進(jìn)分度)。因而，第一致動(dòng)器能相對(duì)于布置在試樣載臺(tái)上的試樣對(duì)末端執(zhí)行器執(zhí)行粗調(diào)。而后，可利用第二致動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)末端執(zhí)行器執(zhí)行較為細(xì)微而精確的運(yùn)動(dòng)，以操作布置在試樣載臺(tái)上的試樣。
但是，由于目前從市場(chǎng)上購(gòu)得的TEM的試樣室的尺寸相對(duì)有限，而操作機(jī)構(gòu)要被插入到這樣的試樣室中，所以現(xiàn)有技術(shù)中的這種可拆分操作機(jī)構(gòu)只包括一個(gè)用于操作試樣的操作器(末端執(zhí)行器)。另外，現(xiàn)有技術(shù)中的此類可拆分操作機(jī)構(gòu)只被應(yīng)用于TEM，并未與其它類型的顯微鏡配合使用。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中已研制了與SEM、TEM等顯微鏡配合使用的操作機(jī)構(gòu)(例如探針)，以便于能對(duì)由這些顯微鏡執(zhí)行成像的試樣進(jìn)行操作。這樣的操作機(jī)構(gòu)通常都是專為某種特定的顯微鏡而研制的。例如，為SEM而研制的操作機(jī)構(gòu)就不適用于TEM，反之亦然。另外，為某種SEM(例如第一種型號(hào)的SEM)而研制的操作機(jī)構(gòu)也無(wú)法應(yīng)用在其它類型的SEM(例如不同型號(hào)的SEM)上。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的操作機(jī)構(gòu)缺乏與不同類型顯微鏡的接口互換使用的靈活性。也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中的操作機(jī)構(gòu)缺乏能方便地適配于不同類型顯微鏡的柔性接口。另外，盡管已經(jīng)為T(mén)EM研制了可拆卸的操作機(jī)構(gòu)，但這樣的可拆卸機(jī)構(gòu)只帶有單個(gè)用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作器(或末端執(zhí)行器)。
因此，希望能有一種“通用的”操作機(jī)構(gòu)，其可被多種不同類型的顯微鏡所使用。也就是說(shuō)，希望能有這樣一種操作機(jī)構(gòu)其包括一接口，該接口適于使該操作機(jī)構(gòu)能與多種不同類型的顯微鏡接口相配接。優(yōu)選地是，這種操作機(jī)構(gòu)將能與任何不同類型的顯微鏡按照一定的方式進(jìn)行配接，且不會(huì)影響該顯微鏡的正常工作(例如成像功能)。因而，優(yōu)選地是，這樣的操作機(jī)構(gòu)例如能與SEM或TEM等顯微鏡進(jìn)行配接，以使顯微鏡具有執(zhí)行操作的能力，但卻不會(huì)對(duì)希望使用該顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)功用(例如成像功能)的用戶造成干擾。另外，還希望能有這樣一種可拆卸操作機(jī)構(gòu)，其能可拆卸地聯(lián)接到TEM和/或SEM顯微鏡上，且包括多個(gè)操作器，這些操作器能可控地進(jìn)行工作，以便于對(duì)由該顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。
本發(fā)明致力于提出一種系統(tǒng)和方法，其能對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。根據(jù)本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式，操作系統(tǒng)適于與多種不同類型的顯微鏡進(jìn)行配接。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供了一種操作系統(tǒng)，其包括一個(gè)接口，該接口適于與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容。操作系統(tǒng)還包括至少一操作機(jī)構(gòu)，其作用在于對(duì)試樣執(zhí)行操作。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供了一種移動(dòng)式的試樣保持器，其用于保持一個(gè)試樣，以便于將試樣呈送給顯微鏡。該移動(dòng)式試樣保持器包括一用于接納試樣的載臺(tái)、至少一個(gè)用于對(duì)所接納的試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)、以及一個(gè)用于與顯微鏡進(jìn)行聯(lián)接的接口。在某些實(shí)施方式中，移動(dòng)式試樣保持器包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)所接納的試樣執(zhí)行操作。例如，在一實(shí)施方式中，移動(dòng)式試樣保持器包括至少四個(gè)這樣的操作機(jī)構(gòu)。具有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的多種測(cè)量，而這樣的測(cè)量通常是無(wú)法完成的。另外，在某些實(shí)施方式中，移動(dòng)式試樣保持器的接口適于與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容。例如，在一實(shí)施方式中，接口至少適于與透射電子顯微鏡(TEM)的接口和掃描電子顯微鏡(SEM)的接口相兼容。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供了一種利用顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行研究的方法。該方法包括步驟從多種不同類型的顯微鏡中選擇所需類型的顯微鏡，而其中的各種類型顯微鏡具有不同類型的接口，用于接納一試樣保持器。該方法還包括對(duì)一試樣保持器的接口進(jìn)行調(diào)整，以使其符合所需類型顯微鏡的接口，其中，所述試樣保持器的接口是可調(diào)的，以便于適配不同類型的、用于接納試樣保持器的顯微鏡接口。該方法還包括將一試樣設(shè)置在試樣保持器上，并將試樣保持器與所需類型的顯微鏡配接，以使得所述試樣能被所需類型的顯微鏡執(zhí)行成像。在某些實(shí)施方式中，試樣保持器包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，且所述方法還包括利用該操作機(jī)構(gòu)對(duì)試樣執(zhí)行操作的步驟。
因而，本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供了一種具有很大靈活性的操作系統(tǒng)，其靈活性體現(xiàn)在其能應(yīng)用在多種不同類型的顯微鏡中。某些實(shí)施方式提供了一種操作機(jī)構(gòu)，其被結(jié)合在一試樣保持器之中，且試樣保持器包括一可調(diào)的接口，此接口使試樣保持器能與具有不同接口的多種不同顯微鏡相聯(lián)接，其中的接口用于接納所述的試樣保持器。
優(yōu)選地是，本發(fā)明實(shí)施方式中的操作系統(tǒng)能按照某種方式與多種不同類型的顯微鏡相配接，且不會(huì)影響該顯微鏡的正常工作(即顯微鏡的成像功能)。因而，優(yōu)選地是，操作系統(tǒng)能與SEM、TEM等顯微鏡進(jìn)行配接，以便于對(duì)被研究的試樣執(zhí)行操作，但不會(huì)對(duì)希望使用該顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)功用(例如成像功能)的用戶造成干擾。
根據(jù)本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式，一種能與顯微鏡可拆卸地進(jìn)行聯(lián)接的操作系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成包括多個(gè)用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)。例如，根據(jù)本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式，一試樣保持器包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，每一操作機(jī)構(gòu)包括一末端執(zhí)行器和一致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中的致動(dòng)機(jī)構(gòu)用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地是，所述致動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用在于向末端執(zhí)行器施加較為精確的運(yùn)動(dòng)(該運(yùn)動(dòng)例如處于納米尺度或更高的精度)，以便于對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。在工作中，可采用一獨(dú)立于試樣保持器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)試樣保持器的末端執(zhí)行器執(zhí)行較為粗略的調(diào)節(jié)，以便于對(duì)末端執(zhí)行器執(zhí)行初始定位。而后，可將試樣保持器與一顯微鏡進(jìn)行配接(例如可將保持器插入到顯微鏡的試樣室中)，且利用試樣保持器的致動(dòng)器向其末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)，以便于對(duì)該末端執(zhí)行器執(zhí)行精確定位，對(duì)由顯微鏡研究的試樣執(zhí)行操作。
舉例來(lái)講，根據(jù)一種實(shí)施方式，一種系統(tǒng)包括一試樣保持器，其包括一用于接納試樣的試樣載臺(tái)；一接口，其用于將試樣保持器與顯微鏡聯(lián)接起來(lái)，以使得試樣載臺(tái)上接納的試樣能被顯微鏡執(zhí)行成像；以及多個(gè)操作裝置，這些裝置用于對(duì)被接納的試樣執(zhí)行操作。優(yōu)選地是，所述多個(gè)操作裝置中的每一裝置都包括一末端執(zhí)行器，且這些操作裝置中的數(shù)個(gè)裝置各具有一致動(dòng)器裝置，用于向?qū)?yīng)的末端執(zhí)行器施加精確的運(yùn)動(dòng)，以使其從一初始位置向所需的位置移動(dòng)。系統(tǒng)還可包括一調(diào)節(jié)裝置，其獨(dú)立于試樣保持器，其中，該調(diào)節(jié)裝置的作用在于對(duì)至少一試樣保持器的操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行粗調(diào)，以便于將該操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器定位在一初始位置上。
因而，本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供了一種操作系統(tǒng)，其包括一接口，用于與顯微鏡可拆卸地進(jìn)行聯(lián)接，還包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)試樣執(zhí)行操作。優(yōu)選地是，多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的每一機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和一個(gè)用于向該末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。優(yōu)選地是，每一致動(dòng)器都是獨(dú)立工作的，以便于使操作系統(tǒng)中的多個(gè)末端執(zhí)行器能相互獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施方式中，該操作系統(tǒng)可被結(jié)合到一試樣保持器中，該試樣保持器包括一接口，用于與顯微鏡試樣室可拆卸地進(jìn)行聯(lián)接。
上文的描述相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便于使讀者能更好地理解下文對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述。下文還將介紹本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征將構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能領(lǐng)會(huì)到文中所公開(kāi)的概念和特定實(shí)施方式可被容易地當(dāng)作設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，用于完成改型或設(shè)計(jì)其它的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到這些等效構(gòu)造并不悖離由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明設(shè)計(jì)思想和保護(hù)范圍。如結(jié)合附圖閱讀下文的描述，則能更好地理解本發(fā)明的新特點(diǎn)以及其它的目的和優(yōu)點(diǎn)，而其中的新特點(diǎn)不論是對(duì)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)置、還是對(duì)于本發(fā)明的工作方法而言都被認(rèn)為是區(qū)別性的特征。但是，應(yīng)當(dāng)清楚地指出每一附圖的作用都只是為了便于舉例說(shuō)明和進(jìn)行描述，并不被用來(lái)確定本發(fā)明的保護(hù)界限。


為了更為完整地理解本發(fā)明，下面將參照附圖作如下的描述，在附圖中圖1表示了TEM的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造；圖2表示了SEM的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造；圖3A-3B表示了一種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的操作系統(tǒng)的示例性構(gòu)造；圖4A-4B表示了操作系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，該操作系統(tǒng)被聯(lián)接到一光學(xué)顯微鏡上，用于相對(duì)于試樣對(duì)其操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行較為粗略的定位；圖5表示了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的操作系統(tǒng)，圖中該操作系統(tǒng)與一TEM相聯(lián)接；圖6表示了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的操作系統(tǒng)，圖中該操作系統(tǒng)與一SEM相聯(lián)接；圖7中示例性的方框圖表示了本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式；圖8中的工作流程圖表示了一種實(shí)例，用于說(shuō)明如何應(yīng)用本發(fā)明的某些實(shí)施方式；以及圖9中的工作流程圖表示了另一種實(shí)例，用于說(shuō)明如何應(yīng)用本發(fā)明的某些實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行描述，在所有的附圖中，相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)指代同樣的部件。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，一種操作系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成包括一用于與多種不同類型顯微鏡進(jìn)行配接的接口。例如，操作系統(tǒng)優(yōu)選地包括一種可調(diào)節(jié)的接口，以便于與多種不同類型的顯微鏡相適配。在一實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)包括一種接口，其適用于至少多種不同類型的電子顯微鏡，例如可用于SEM和TEM。在某些實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)包括一種接口，其適于與除電子顯微鏡之外的其它類型顯微鏡配合使用，或既能用于電子顯微鏡、也能用于其它類型的顯微鏡。
操作系統(tǒng)還包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)由與該操作系統(tǒng)所聯(lián)接的顯微鏡執(zhí)行成像的試樣(或“樣本”)進(jìn)行操作。該操作機(jī)構(gòu)可包括任何類型的操作裝置，這些操作裝置包括(但不限于)探針(作為舉例，可包括壓電探針或懸臂力探針、或熱探針)、抓持器、玻璃纖維、皮下注射針以及軟管，這些操作機(jī)構(gòu)用于對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。更為優(yōu)選地是，操作系統(tǒng)包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)被研究的試樣執(zhí)行操作。優(yōu)選地是，操作機(jī)構(gòu)的工作是可控的，以便于執(zhí)行納米尺度的操作(這樣的操作在文中被稱為“納米操作”)。舉例來(lái)講，操作機(jī)構(gòu)最好能按照納米級(jí)的精度可控地運(yùn)動(dòng)(例如利用與其相聯(lián)接的致動(dòng)機(jī)構(gòu)促使其運(yùn)動(dòng))。
“操作”一詞在文中具有廣泛的含義，并非僅限于導(dǎo)致被研究試樣發(fā)生變化的動(dòng)作。某些類型的操作根本不會(huì)改變?cè)嚇?，而是有助于?duì)試樣執(zhí)行觀測(cè)(例如測(cè)量試樣的某些的特征)。舉例來(lái)講，Webster將“操作”定義為“用手或通過(guò)機(jī)械裝置執(zhí)行處理或操縱—尤其是按照熟練的方式”(見(jiàn)1998年出版的精裝版MERRIAM-WEBSTER’sCOLLEGIATE詞典，其書(shū)號(hào)為ISBN 0-87779-714-5)。在本文的語(yǔ)境中，詞語(yǔ)“操作”(及其各種詞性形式，例如名詞性的“操作”等)將包含Webster的定義，即包括對(duì)試樣的“處理”或“操縱”，此“操作”不一定導(dǎo)致試樣的改變(卻只是有助于對(duì)試樣的特性進(jìn)行觀測(cè))。但是，如下文將進(jìn)一步描述的那樣，操作的類型將并非僅限于利用“機(jī)械裝置”進(jìn)行，還可包含其它類型的操作裝置，例如電動(dòng)裝置等。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)包括一試樣保持器，其包括一載臺(tái)，試樣可被接納到該載臺(tái)上，以便于由顯微鏡進(jìn)行成像和/或由操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行操作。試樣保持器還包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其可控地工作，用于在所述試樣被與該試樣保持器相聯(lián)接的顯微鏡執(zhí)行成像的同時(shí)、對(duì)布置在載臺(tái)上的試樣執(zhí)行操作。優(yōu)選地是，該至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)的工作精度為納米級(jí)(或更高的精度，例如為亞納米級(jí)的精度)。因而，本發(fā)明的某些實(shí)施方式包括一種試樣保持器，其能與顯微鏡相聯(lián)接，其中，該試樣保持器包括與其結(jié)合到一起的操作機(jī)構(gòu)。
優(yōu)選地是，試樣保持器包括一可調(diào)節(jié)的接口，其適于使試樣保持器能可拆分地聯(lián)接到多種不同類型的顯微鏡上。因而，在工作中，要被成像和/或操作的試樣布置在試樣保持器的載臺(tái)上。如果必要的話，試樣保持器的接口是可調(diào)的，以使得試樣保持器能聯(lián)接到可選的顯微鏡(例如TEM、SEM等)上，且試樣保持器隨后被聯(lián)接到該選定的顯微鏡上。而后，在利用顯微鏡對(duì)該試樣執(zhí)行成像的同時(shí)，可利用設(shè)置在試樣保持器中的操作機(jī)構(gòu)對(duì)試樣執(zhí)行操作。之后，可將試樣保持器從顯微鏡中拆走，且可對(duì)保持器的接口進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此使得試樣保持器能與一種不同類型的顯微鏡進(jìn)行聯(lián)接，該顯微鏡上用于接納該試樣保持器的接口屬于不同的類型。
因而，本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供一種具有高度靈活性的操作系統(tǒng)，其靈活性體現(xiàn)在其可被應(yīng)用在多種不同類型的顯微鏡上。如上文簡(jiǎn)要描述的那樣，某些實(shí)施方式提供了一種被結(jié)合在試樣保持器中的操作系統(tǒng)，且試樣保持器包括一種可調(diào)的接口，該接口使得該試樣保持器能聯(lián)接到多種不同的顯微鏡上，這些顯微鏡上用于接納該試樣保持器的接口是不同的。
優(yōu)選地是，本發(fā)明某些實(shí)施方式中的操作系統(tǒng)能與多種不同類型的顯微鏡按照一定的方式進(jìn)行配接，其中的配接方式不會(huì)對(duì)該顯微鏡的正常工作(例如成像功能)造成影響。因而，操作系統(tǒng)優(yōu)選地被配接到SEM或TEM等顯微鏡上，以便于使顯微鏡具有對(duì)被研究試樣進(jìn)行操作的能力，但不會(huì)對(duì)希望使用顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)功用(例如成像功能)的用戶造成干擾。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式，提供了一種可拆分地聯(lián)接到顯微鏡上的操作系統(tǒng)，其包括多個(gè)用于對(duì)試樣進(jìn)行操作的操作機(jī)構(gòu)。例如，根據(jù)本發(fā)明的至少一種實(shí)施方式，一試樣保持器包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，每一操作機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和一致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中的致動(dòng)機(jī)構(gòu)用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地是，該致動(dòng)機(jī)構(gòu)可操作地向末端執(zhí)行器施加較為精確的運(yùn)動(dòng)(例如納米級(jí)的精度或更高精度)，用于對(duì)由顯微鏡研究的試樣執(zhí)行操作。在工作中，可采用一獨(dú)立于試樣保持器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于對(duì)試樣保持器的末端執(zhí)行器執(zhí)行較為粗略的調(diào)節(jié)，由此完成末端執(zhí)行器的初始定位。而后，可將試樣保持器與一顯微鏡進(jìn)行配接(例如可將保持器插入到顯微鏡的試樣室中)，并利用試樣保持器的致動(dòng)器向其末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)，以精確地定位所述末端執(zhí)行器，由此對(duì)利用顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。
因而，本發(fā)明的某些實(shí)施方式提供了一種操作系統(tǒng)，其包括一能與顯微鏡可拆分地進(jìn)行聯(lián)接的接口，并包括多個(gè)用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地是，多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的每一操作機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和一用于向末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。優(yōu)選地是，每一致動(dòng)器都能獨(dú)立地工作，以便于使操作機(jī)構(gòu)中的各個(gè)末端執(zhí)行器能相互獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施方式中，這樣的操作系統(tǒng)可被結(jié)合在試樣保持器中，其中的試樣保持器包括一接口，其用于可拆分地聯(lián)接到顯微鏡的試樣室上。
如上所述，在對(duì)微米和/或納米尺度的試樣進(jìn)行分析或執(zhí)行其它工作時(shí)，顯微鏡發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前，已研制出了多種不同類型的顯微鏡，用于對(duì)尺寸如此小的試樣進(jìn)行研究，其中的顯微鏡包括(但不限于)光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡(例如TEM、SEM等)以及SPM。盡管本發(fā)明的備選實(shí)施方式可被應(yīng)用在一種或多種目前已知的或以后研制出的顯微鏡上，但本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是適用于電子顯微鏡的。因而，為了更好地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明某些實(shí)施方式所能帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合圖1-2對(duì)目前現(xiàn)有電子顯微鏡的幾種實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述。更具體來(lái)講，圖1表示了TEM的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，圖2表示了SEM的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造。下文還參照?qǐng)D3A-3B、圖5、圖6對(duì)操作系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施方式的幾種實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中的操作系統(tǒng)包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)和/或可適配的接口，其中的接口使得操作系統(tǒng)可被選擇性地聯(lián)接到SEM或TEM上。
盡管下文將結(jié)合圖1-2對(duì)TEM、SEM的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，但應(yīng)當(dāng)指出的是本發(fā)明的實(shí)施方式并非僅限于所述的示例性構(gòu)造。而是這樣的情況本發(fā)明的某些實(shí)施方式能被應(yīng)用于目前已有或以后出現(xiàn)的TEM和SEM的其它構(gòu)造。此外，盡管至少一種實(shí)施方式提供了一種能被應(yīng)用于多種不同類型電子顯微鏡(例如TEM和SEM)的操作系統(tǒng)，但本發(fā)明的某些其它實(shí)施方式也可包括一種適配接口，該接口允許該操作系統(tǒng)能與非電子顯微鏡的其它類型顯微鏡配套使用、或除了能與電子顯微鏡進(jìn)行配接之外還能與其它類型顯微鏡配套使用，不論該顯微鏡是目前存在的、還是日后將研制出的。另外，盡管至少一種實(shí)施方式提供了這樣的操作系統(tǒng)其包括一接口，用于與電子顯微鏡(例如TEM和/或SEM)可拆分地進(jìn)行聯(lián)接，還包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，但在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，該操作系統(tǒng)也可帶有這樣的接口其能可拆分地與非電子顯微鏡的其它類型顯微鏡進(jìn)行聯(lián)接、或除了能與電子顯微鏡可拆分地進(jìn)行聯(lián)接之外還能與其它類型顯微鏡聯(lián)接，不論該顯微鏡是目前存在的、還是日后將研制出的。
如上文簡(jiǎn)要描述的那樣，電子顯微鏡是這樣的科學(xué)儀器其采用高能電子束對(duì)處于極其細(xì)微尺度上的樣本執(zhí)行檢查。該檢查工作可提供大量的信息，這些信息包括(1)形貌樣本的表面特征或“該表面看起來(lái)象什么”，表面的紋理；表面特征與材料屬性(硬度、反射率等)之間的直接關(guān)系；(2)形態(tài)組成樣本的顆粒的形狀和尺寸；以及這些結(jié)構(gòu)與材料屬性(延展性、強(qiáng)度、反應(yīng)性等)之間的直接關(guān)系；(3)成分組成構(gòu)成樣本的元素和化合物，以及這些成分之間的相對(duì)含量；執(zhí)行成分的材料屬性(熔點(diǎn)、反應(yīng)性、硬度等)之間的直接關(guān)系；以及(4)結(jié)晶信息原子在樣本中如何排列；以及這些排列結(jié)構(gòu)與材料屬性(導(dǎo)電性、電學(xué)屬性、強(qiáng)度等)之間的直接關(guān)系。
研制電子顯微鏡的目的是由于光學(xué)顯微鏡存在局限，光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)受到光線物理特性(即光線的波長(zhǎng))的限制，其放大倍數(shù)被限制為500x或1000x，分辨率達(dá)到0.2μm。在1930年代的早期，光學(xué)顯微鏡就達(dá)到了這一限度，而科學(xué)研究上卻需要看到有機(jī)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)(細(xì)胞核、線粒體等)中更為細(xì)微的細(xì)節(jié)。這就需要10000x的放大倍數(shù)，而采用光學(xué)顯微鏡卻無(wú)法達(dá)到這樣的放大倍數(shù)。為了克服光學(xué)顯微鏡所使用光線的波長(zhǎng)限制，研制出了電子顯微鏡，電子顯微鏡向樣本輻射電子束。
一般來(lái)講，電子顯微鏡的功能與光學(xué)顯微鏡類似，區(qū)別只在于電子顯微鏡采用聚焦的電子束、而不是光線來(lái)對(duì)樣本執(zhí)行成像，并獲得有關(guān)樣本結(jié)構(gòu)和組成的信息。電子顯微鏡的工作過(guò)程基本上涉及如下的步驟(1)形成一電子流(例如利用電子源)，并利用正電勢(shì)使電子流向樣本加速；(2)利用金屬光闌和磁透鏡來(lái)限制并聚焦該電子流，使其成為狹薄的聚焦單頻束；(3)利用靜電透鏡(通常為磁性透鏡)將該電子束聚焦到試樣上；以及(4)受到照射的試樣內(nèi)部產(chǎn)生相互作用，從而影響到電子束。
首先參見(jiàn)圖1，該示意圖表示了TEM100的一種示例性構(gòu)造。TEM是人們研制出的第一種電子顯微鏡，這種顯微鏡是按照光學(xué)透射式顯微鏡的原理而設(shè)計(jì)的，區(qū)別只在于使用聚焦后的電子束而不是光線來(lái)“看穿”樣本。TEM的工作過(guò)程與幻燈機(jī)非常類似?；脽魴C(jī)將光束照射(透射)幻燈片，在光線透過(guò)幻燈片時(shí)，其會(huì)受到幻燈片上結(jié)構(gòu)和物體的影響，這些效果導(dǎo)致只有部分光線穿透過(guò)幻燈片的某些部分。然后，投射過(guò)的光線投影到一觀察屏幕上，形成幻燈片的放大圖像。TEM的工作基本上是基于同樣的方式，區(qū)別僅在于TEM是將電子束(而不是光線)透射過(guò)樣本(樣本相當(dāng)于幻燈片投影系統(tǒng)中的幻燈片)。透射過(guò)的任何電子束通常都被投影到一熒光屏上，以便于用戶的觀察。下文將結(jié)合圖1對(duì)普通TEM的技術(shù)原理作進(jìn)一步的介紹。
如圖1中的示例性構(gòu)造所示，TEM 100包括一電子源101，其可包括一電子槍，用于產(chǎn)生同頻的電子流102。利用會(huì)聚透鏡103和104將電子流102聚焦成細(xì)而窄的相干電子束。第一會(huì)聚透鏡103一般受TEM上“光點(diǎn)尺寸旋鈕”(圖中未示出)的控制，“光點(diǎn)尺寸”(即照射試樣的最終光斑的總體尺寸范圍)主要由該透鏡103確定。第二透鏡104通常由TEM的“亮度或強(qiáng)度旋鈕”(圖中未示出)進(jìn)行控制，其實(shí)際上改變的光斑在試樣上的尺寸(例如將電子束從一個(gè)散布的寬光斑改變?yōu)榧饧?xì)束)。電子束102受到會(huì)聚光闌105(通?？捎捎脩暨x定)的局限，大斜角的電子(例如遠(yuǎn)離光軸114的電子)被摒除掉。電子束102撞擊到試樣(或樣本)106上，部分電子透射過(guò)該試樣。電子束102中的透過(guò)部分被物鏡107聚焦成為圖像。
可設(shè)置可選的目標(biāo)金屬光闌和區(qū)域選定金屬光闌(標(biāo)號(hào)分別為108和109)來(lái)對(duì)電子束進(jìn)行限制。物鏡光闌108通過(guò)阻擋掉大斜角的衍射電子而提高對(duì)比度，區(qū)域選定光闌109使用戶能利用原子在試樣106中的有序排列來(lái)檢查電子的周期性衍射。電子束沿著透鏡的隊(duì)列向下傳播，穿透過(guò)中間透鏡和投影透鏡110、111、112，且在沿該路徑傳播過(guò)程中不斷擴(kuò)大。電子圖像轟擊到熒光屏113上，并產(chǎn)生出光線，使得用戶能看到該圖像。一般來(lái)講，圖像上的暗黑區(qū)域代表試樣106上那些只透過(guò)很少電子的區(qū)域(即試樣106上較厚或密度較大的區(qū)域)，圖像上的明亮區(qū)域代表著試樣106上能透過(guò)更多電子的區(qū)域(即試樣106上較薄或密度較小的區(qū)域)。
從圖1的示意圖還可看出，TEM通常包括一試樣室115，試樣106被放置到該試樣室中以進(jìn)行成像。舉例來(lái)講，一個(gè)可與試樣室115分離開(kāi)的試樣保持器包括一載臺(tái)，試樣106被放置到該載臺(tái)上。因而，可將試樣106放置到試樣保持器的載臺(tái)上，然后再將試樣保持器插入到試樣室115中。試樣室115包括一規(guī)定的接口，其用于接納該試樣保持器。例如，目前市場(chǎng)上銷售的TEM的試樣室一般包括一接口，該接口用于接受標(biāo)準(zhǔn)的TEM試樣保持器，這種試樣保持器的厚度為3mm，寬度為9mm，長(zhǎng)度為9厘米，其用于承載直徑通常約為3mm的薄型試樣。
下面參見(jiàn)圖2，圖中表示了SEM的示例性構(gòu)造。圖2包括一高標(biāo)準(zhǔn)的原理框圖200a和一示意性的視圖200b，其中的200b表示了SEM的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造。如圖所示，SEM 200包括一電子源201，其可包括一電子槍，用于產(chǎn)生出單頻的電子流202。利用下文將要描述的SEM部件，利用對(duì)正控制203，以對(duì)準(zhǔn)所產(chǎn)生的電子流202的方向。
電子流202被第一會(huì)聚透鏡205會(huì)聚，該透鏡通常受SEM上“粗探電流旋鈕”(圖中未示出)的控制。透鏡205既被用來(lái)形成電子束，也被用來(lái)限制電子束中的電流量。該透鏡與會(huì)聚光闌206相配合而摒除了電子束中的大斜角電子。電子束受到會(huì)聚光闌206(該光闌一般不能由用戶進(jìn)行選擇)的斂縮，去除了某些大斜角的電子。第二會(huì)聚透鏡207將電子流202形成為薄窄、致密、相干的電子束，該透鏡一般受SEM上“精探電流旋鈕”(圖中未示出)的控制。
一個(gè)可由用戶選擇的物鏡光闌208進(jìn)一步地去除了電子束中的大角度電子。然后，一組線圈209使電子束以網(wǎng)格點(diǎn)陣的形式進(jìn)行“掃描”或“掃掠”，電子束在每個(gè)點(diǎn)上的停留時(shí)間是由掃描速度確定的(通常在微秒的范圍內(nèi))。最后一個(gè)透鏡—物鏡210將掃描電子束聚焦在試樣(或樣本)211的所需部位上。當(dāng)電子束轟擊到試樣211上時(shí)(并停留幾微妙時(shí)間)，試樣內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相互作用，此反應(yīng)能被各種儀器檢測(cè)出來(lái)。舉例來(lái)講，如示意圖200b所示，二次電子和/或反向散射電子216被檢測(cè)器和放大器217檢測(cè)到，且進(jìn)行了放大。在電子束移動(dòng)到下一個(gè)駐留點(diǎn)之前，這些儀器(例如探測(cè)器和放大器217)基本上已計(jì)算出相互作用的次數(shù)，并在顯示器218(例如為陰極射線管CRT)上顯示一個(gè)像素，該像素的亮度是由所計(jì)算出的相互作用數(shù)目決定的(即反應(yīng)越強(qiáng)，像素亮度越高)。重復(fù)進(jìn)行上述的過(guò)程，直到完成網(wǎng)格掃描為止，然后還可重新進(jìn)行掃描。例如整幅圖案在每秒內(nèi)可被掃描30次。因而，顯示器218上所形成的圖像可包括幾千個(gè)像點(diǎn)(或像素)，這些像素的亮度對(duì)應(yīng)于試樣211的形貌而發(fā)生變化。
從原理框圖200a可進(jìn)一步地看出，SEM通常包括一試樣室214，試樣211被放置到該試樣室中以進(jìn)行成像。舉例來(lái)講，一個(gè)可與試樣室214分離開(kāi)的試樣保持器包括一載臺(tái)213，試樣211被放置到該載臺(tái)上。因而，可將試樣211放置到一試樣保持器的載臺(tái)213上，然后再將試樣保持器插入到試樣室214中。試樣室214包括一規(guī)定的接口215，其用于接納該試樣保持器。用于SEM的規(guī)定接口215一般不同于TEM試樣保持器的規(guī)定接口，其中，TEM的接口例如是上文參照?qǐng)D1所述的、用于TEM 100的試樣室115的接口。舉例來(lái)講，SEM試樣室一般帶有這樣一個(gè)接口，如果需要的話，該接口可將較大的試樣容納在試樣室內(nèi)部的允許空間內(nèi)，該空間的尺寸例如為15cm×15cm×6cm。通常情況下，在SEM中設(shè)置了機(jī)動(dòng)的載臺(tái)212，以便于使載臺(tái)213可在試樣室214中移動(dòng)。另外，在試樣211被插入到試樣室214中之后，一般使用氣動(dòng)的阻氣閥204來(lái)在SEM中形成真空，原因在于空氣分子可能會(huì)使所產(chǎn)生的電子束偏離其預(yù)定的路徑。
下面參見(jiàn)圖3A-3B，圖中表示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種示例性構(gòu)造。也就是說(shuō)，圖3A-3B表示了根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式的操作系統(tǒng)的至少一個(gè)部分，該操作系統(tǒng)包括一試樣保持器300。圖3A所示的試樣保持器300的示例性構(gòu)造包括一第一部分301和一第二部分302。
第一部分301包括一個(gè)用于接納待研究試樣(或樣本)的載臺(tái)，該載臺(tái)例如是可從圖4B更為清楚地看到的載臺(tái)430。優(yōu)選地是，第一部分301還包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其能可控地工作，以便于對(duì)布置在載臺(tái)上的試樣執(zhí)行操作。最為優(yōu)選地是，第一部分301包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，例如，從圖4B可更為清楚地看出，在一種示例性的構(gòu)造中，設(shè)置了四組操作機(jī)構(gòu)(分別為410A、410B、410C和410D)。
在圖3A-3B所示的示例性構(gòu)造中，第二部分302被可拆分地聯(lián)接到第一部分301上。舉例來(lái)講，在圖3A中，第一、第二部分被聯(lián)接到一起，但在圖3B中，二者卻是分開(kāi)的。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，第一部分301和第二部分302為試樣保持器300形成了一個(gè)適應(yīng)性的接口，使得該試樣保持器能與多種不同類型的顯微鏡進(jìn)行聯(lián)接。例如，第二部分302優(yōu)選地是借助于聯(lián)接裝置303(其在文中被稱為“適配”裝置，原因在于其允許試樣保持器300的接口能與多種不同的顯微鏡接口相符合)與第一部分301可拆卸地緊固聯(lián)接起來(lái)。例如，如圖3B中的實(shí)例所示，部分302可被旋擰到部分301的端部上。當(dāng)然，在備選的實(shí)施方式，也可采用各種其它類型的機(jī)械聯(lián)接裝置。除了提供機(jī)械聯(lián)接(例如螺紋聯(lián)接)之外，聯(lián)接裝置303還實(shí)現(xiàn)了電的聯(lián)接。例如，聯(lián)接裝置303可帶有一多針電連接器，其使得第一部分301能與一控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)系(例如電路連接)，其中的控制系統(tǒng)用于控制第一部分301中所設(shè)置的操作機(jī)構(gòu)的工作(下文將對(duì)此作進(jìn)一步的描述)，或者該多針電連接器能實(shí)現(xiàn)與第二部分302的電連接，部分302反過(guò)來(lái)再與該用于控制部分301中操作機(jī)構(gòu)工作的控制系統(tǒng)執(zhí)行通訊聯(lián)系。
在圖3A-3B所示的實(shí)例中，當(dāng)?shù)诙糠?02與第一部分301聯(lián)接起來(lái)時(shí)，第一部分301的長(zhǎng)度為第一長(zhǎng)度，試樣保持器300具有第二長(zhǎng)度。因而，在該實(shí)例中，試樣保持器300的長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的(例如通過(guò)將部分301和302聯(lián)接起來(lái)或分開(kāi)進(jìn)行調(diào)節(jié))，由此使得試樣保持器300能與多種不同類型的顯微鏡接口相適配。舉例來(lái)講，市場(chǎng)上銷售的TEM具有這樣的試樣室其所需要的試樣保持器要比與SEM試樣室配套使用的保持器更長(zhǎng)。因而，如下文將要更為詳細(xì)的描述的那樣，在某些實(shí)施方式中，部分301和302可被聯(lián)接到一起，以使得試樣保持器300能與TEM的試樣室相配接，也可將部分301與部分302分開(kāi)，以使得部分301能與SEM試樣室相配接。因此，在該示例性的構(gòu)造中，第一部分301一旦與第二部分302拆開(kāi)之后，就成為了一個(gè)具有完整功能的獨(dú)立單元。因此，在該示例性的實(shí)施方式中，部分301提供了與第一種類型的顯微鏡(例如SEM顯微鏡，其試樣室的接口可接納第一長(zhǎng)度的試樣保持器)進(jìn)行聯(lián)接的第一接口，且第二部分302可被聯(lián)接到第一部分301上，以形成與第二種類型的顯微鏡(例如TEM顯微鏡，其試樣室的接口可接納第二長(zhǎng)度的試樣保持器)進(jìn)行聯(lián)接的第二接口。
在該示例性的構(gòu)造中，第一部分301的長(zhǎng)度l1約為10cm，第二部分302的長(zhǎng)度l2約為24cm。因而，試樣保持器300的總長(zhǎng)度L1(當(dāng)?shù)谝徊糠?01與第二部分302聯(lián)接起來(lái)時(shí))約為34cm。另外，試樣保持器300的直徑優(yōu)選為適于與市場(chǎng)上銷售的TEM試樣室的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸相配接。如下文將要進(jìn)一步描述的那樣，在此構(gòu)造中，部分301具有用于與SEM試樣室進(jìn)行配接的合適長(zhǎng)度l1，而當(dāng)兩部分聯(lián)接到一起時(shí)，部分301和302的總長(zhǎng)度L1適于與TEM試樣室進(jìn)行配接。當(dāng)然，在一些備選的實(shí)施方式中，試樣保持器300(及其各個(gè)部分301和302)的各種長(zhǎng)度和尺寸可不同于上述的示例性構(gòu)造，以便于使該試樣保持器300能與一種或多種所需類型的顯微鏡相配接，且這些備選實(shí)施方式也將被涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
這樣，試樣保持器300優(yōu)選地包括一種適應(yīng)性的接口。盡管圖3A-3B中示例性構(gòu)造的可調(diào)節(jié)接口是通過(guò)聯(lián)接或拆分試樣保持器300的各個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整的，但在備選實(shí)施方式中，也可采用其它的技術(shù)來(lái)提供備選形式的可調(diào)節(jié)接口。例如，試樣保持器300可包括一個(gè)部分(例如第二部分302)，其能可控地膨脹和收縮(在一維或多維空間上，例如寬度[或直徑]和長(zhǎng)度)，從而能根據(jù)多種不同的顯微鏡接口進(jìn)行調(diào)節(jié)(或適應(yīng)改動(dòng))。
在至少一種實(shí)施方式的工作過(guò)程中，用戶可將一試樣放置到試樣保持器300的載臺(tái)430(見(jiàn)圖4B)上，然后可將試樣保持器300聯(lián)接到多種不同類型顯微鏡中的一種上。而后，在試樣被顯微鏡成像時(shí)，可利用試樣保持器300的操作機(jī)構(gòu)對(duì)該試樣進(jìn)行操作。如圖4A-4B中的實(shí)例所示，在某些情況下，試樣保持器300可被聯(lián)接到光學(xué)顯微鏡400上，并可采用外部操作機(jī)構(gòu)(即位于試樣保持器300外部的操作機(jī)構(gòu))—例如操作機(jī)構(gòu)402來(lái)對(duì)試樣保持器300中的操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行初始定位。例如，如圖4A所示，試樣保持器300可被聯(lián)接到一平臺(tái)401上，該平臺(tái)401上聯(lián)接有一外部操作機(jī)構(gòu)402。從圖4B可更為詳細(xì)地看出，外部操作機(jī)構(gòu)402可包括一末端執(zhí)行器403，其例如是一抓持器，該抓持器可被控制著與試樣保持器300的內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)相接合，并對(duì)該內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行布置。
例如，在圖4B所示的實(shí)例中，試樣保持器300包括四組操作機(jī)構(gòu)410A、410B、410C和410D(文中被統(tǒng)稱為操作機(jī)構(gòu)410)。外部操作機(jī)構(gòu)402可使用末端執(zhí)行器403對(duì)內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)410執(zhí)行較為粗略的調(diào)節(jié)。例如，可將一個(gè)試樣布置在試樣保持器300的載臺(tái)430上，在通過(guò)光學(xué)顯微鏡400觀察操作機(jī)構(gòu)410的同時(shí)，用戶可對(duì)外部操作機(jī)構(gòu)402執(zhí)行控制，以使得末端執(zhí)行器403與一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)410相接合，從而相對(duì)于試樣對(duì)這些內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行較為粗略的定位調(diào)整。每個(gè)操作機(jī)構(gòu)410都可包括一末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器例如是探針、抓持器等，可使用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402來(lái)將這些末端執(zhí)行器相對(duì)于試樣調(diào)節(jié)到初始位置。盡管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402能使操作機(jī)構(gòu)402在一個(gè)或多個(gè)方向(優(yōu)選為三維空間)上產(chǎn)生較大的位移，但其對(duì)這些操作機(jī)構(gòu)410的定位精度卻無(wú)法與下文將要描述的、試樣保持器300中的致動(dòng)器相比。例如，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402能按照約30納米的清晰度向操作機(jī)構(gòu)410提供較大的運(yùn)動(dòng)行程(例如幾個(gè)毫米)。因而，該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402可被用來(lái)按照約30納米以內(nèi)的精度對(duì)操作機(jī)構(gòu)410的末端執(zhí)行器進(jìn)行初始定位，以將其移動(dòng)到所需的位置。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)410包括一致動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于對(duì)這些內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)410的末端執(zhí)行器作更為細(xì)微/精確的定位。舉例來(lái)講，在圖4B所示的示例性構(gòu)造中，操作機(jī)構(gòu)410A、410B以及410C分別與壓電管420A、420B和420C聯(lián)接起來(lái)，以使得壓電管420A、420B和420C可向?qū)?yīng)的操作機(jī)構(gòu)施加運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)它們執(zhí)行精確定位。因而，在圖4B所示的示例性構(gòu)造中，操作機(jī)構(gòu)410A、410B和410C能可控地運(yùn)動(dòng)(借助于壓電管420A、420B、以及420C)，而操作機(jī)構(gòu)410D則是固定不動(dòng)的。當(dāng)然，在備選的實(shí)施方式中，操作機(jī)構(gòu)410D也可與致動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)接，從而也成為可移動(dòng)的。
優(yōu)選地是，壓電管420A、420B以及420C包括四倍電極壓電管，其能使操作機(jī)構(gòu)(例如其末端執(zhí)行器)在自由空間內(nèi)按照納米級(jí)的分辨率(或更高的分辨率，例如亞納米的精度)精確地運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)的范圍為幾個(gè)微米。作為備選，如果只需要操作機(jī)構(gòu)在某一方向上實(shí)現(xiàn)這種細(xì)微的平動(dòng)，則可采用這些公知的致動(dòng)器，它們例如可以是壓電堆層、雙壓電晶片元件、或簡(jiǎn)單的壓電片。另外，還可為一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)設(shè)置蠕動(dòng)型壓電選擇致動(dòng)器，且優(yōu)選地是，這樣的壓電轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器能在360度的轉(zhuǎn)角內(nèi)連續(xù)地工作，且運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)角步進(jìn)分辨率小于0.02度。在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，上述的壓電管420A、420B和420C是公知的，因而下文將不對(duì)此作更為詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)指出的是盡管在圖4B所示的示例性構(gòu)造中，采用的是壓電管，但在某些備選實(shí)施方式中，也可使用任何合適的其它致動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些致動(dòng)機(jī)構(gòu)包括(但不限于)熱力微型致動(dòng)器、靜電致動(dòng)器、壓電蠕動(dòng)型微致動(dòng)器、雙壓電晶片微致動(dòng)器、梳狀驅(qū)動(dòng)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)致動(dòng)器以及存儲(chǔ)器陣列微致動(dòng)器。當(dāng)然，在某些實(shí)施方式中，為了與特定類型顯微鏡(例如TEM)進(jìn)行配接而設(shè)定的尺寸限制條件可能會(huì)限制致動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型，所限定的致動(dòng)機(jī)構(gòu)適于被設(shè)置在試樣保持器300中(例如可將適用的致動(dòng)機(jī)構(gòu)限定為微米尺度的致動(dòng)機(jī)構(gòu))。
應(yīng)當(dāng)能認(rèn)識(shí)到通過(guò)將為操作機(jī)構(gòu)410所設(shè)的高精度致動(dòng)器設(shè)置在試樣保持器300、且不在該試樣保持器300中設(shè)置大行程的粗調(diào)致動(dòng)器，就能在試樣保持器300中設(shè)置多個(gè)操作機(jī)構(gòu)410。也就是說(shuō)，通過(guò)使用試樣保持器300之外(或獨(dú)立于試樣保持器)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402，就能在試樣保持器300中設(shè)置多個(gè)操作機(jī)構(gòu)410以及用于對(duì)這些操作機(jī)構(gòu)410執(zhí)行控制的高精度致動(dòng)器，其中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402用于對(duì)操作機(jī)構(gòu)410執(zhí)行粗調(diào)，以完成該操作機(jī)構(gòu)的初始定位。因而，甚至在較小的試樣保持器中，也能設(shè)置多個(gè)操作機(jī)構(gòu)410，這些操作機(jī)構(gòu)都帶有高精度的致動(dòng)器，這些致動(dòng)器能相互獨(dú)立地工作，以便于控制各自對(duì)應(yīng)的操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，其中，較小的試樣保持器例如是用于與市場(chǎng)上銷售的TEM的試樣室相配接的試樣保持器，此類試樣保持器非常小。
如上文簡(jiǎn)要描述的那樣，現(xiàn)有技術(shù)中已出現(xiàn)了帶有操作機(jī)構(gòu)的可拆分試樣保持器，它們能可拆卸地聯(lián)接到TEM上。這樣的可拆分試樣保持器被限制為其中只帶有一個(gè)操作機(jī)構(gòu)(例如末端執(zhí)行器)。另外，由于現(xiàn)有技術(shù)中的此類可拆分試樣保持器既帶有粗調(diào)機(jī)構(gòu)、也帶有高精度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，粗/精調(diào)機(jī)構(gòu)都能向操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)，所以，在這樣的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，保持器中只能容納下一套操作機(jī)構(gòu)。也就是說(shuō)，由于目前市銷TEM中插入試樣保持器的試樣室的尺寸較為有限，所以，現(xiàn)有技術(shù)中這種可拆分試樣保持器只帶有一個(gè)能對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)。一般情況下，希望能具有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，以便于能對(duì)被研究試樣執(zhí)行所需型式的操作。通過(guò)將粗調(diào)操作機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器設(shè)置在試樣保持器300之外，就能在試樣保持器300中設(shè)置多個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)—甚至在試樣保持器300較小的情況下，例如對(duì)于與市銷TEM的試樣室相配接的試樣保持器，其尺寸就非常小。
在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300包括一可調(diào)的接口，該接口使得試樣保持器300能與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容。在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300能與至少一種顯微鏡(例如TEM和/或SEM)可拆分地進(jìn)行聯(lián)接，且在其中結(jié)合有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，這些操作機(jī)構(gòu)能可控地進(jìn)行工作，以便于對(duì)由該顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，試樣保持器300既包括可調(diào)的接口、也包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，可調(diào)的接口使得該保持器能與多種不同類型的顯微鏡接口(例如TEM接口或SEM接口)選擇性地進(jìn)行聯(lián)接，結(jié)合到其中的多個(gè)操作機(jī)構(gòu)能可控地工作，以便于對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。當(dāng)然，在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300可被設(shè)計(jì)成具有可調(diào)的接口，但卻無(wú)須帶有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，而且，在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300中可結(jié)合有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，但卻無(wú)須設(shè)置可調(diào)的顯微鏡接口。
因而，在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300包括一可調(diào)的接口，該接口使得試樣保持器300能與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容。如上文參照?qǐng)D1-2進(jìn)行描述的那樣，TEM和SEM一般具有一個(gè)試樣室，該試樣室具有用于接納試樣保持器的接口，而TEM和SEM的試樣室接口通常是不同的。圖5表示了本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其與一TEM100相聯(lián)接。如圖所示，包括一試樣載臺(tái)430以及至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)410的第一部分301被插入到TEM100的試樣室115中。在該實(shí)例中，試樣保持器300上聯(lián)接著第二部分302，從而能符合試樣室115的規(guī)格(例如其具有合適的長(zhǎng)度以將位于載臺(tái)430上的試樣呈送進(jìn)去，以便于由TEM100執(zhí)行成像)。因而，試樣保持器一旦被插入到試樣室115中之后，就可利用TEM100對(duì)布置在試樣載臺(tái)430上的試樣進(jìn)行成像、和/或?qū)Σ僮鳈C(jī)構(gòu)410進(jìn)行控制以操作該試樣。
從圖5所示的實(shí)例還可看出，試樣保持器300可與一控制系統(tǒng)501保持通訊聯(lián)接。控制系統(tǒng)501優(yōu)選地是基于處理器的裝置，例如是個(gè)人計(jì)算機(jī)，其作用在于產(chǎn)生控制信號(hào)，這些信號(hào)將被發(fā)送給致動(dòng)器420A、420B和420C，以便于對(duì)它們的工作進(jìn)行控制，進(jìn)而向操作機(jī)構(gòu)施加所需的運(yùn)動(dòng)。這些控制信號(hào)例如可由控制系統(tǒng)501響應(yīng)于用戶的輸入信息(例如由用戶輸入的、請(qǐng)求操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行某種特定操作的指令)而產(chǎn)生。例如，如圖5中的示例性構(gòu)造所示，試樣保持器300的一個(gè)端部301可與部分302實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電路連接，且另一端部302可與控制系統(tǒng)501進(jìn)行通訊聯(lián)接(例如電路連接)。舉例來(lái)講，可使用多針電連接器將控制系統(tǒng)501與部分302聯(lián)系起來(lái)，以便于向部分302發(fā)送控制信號(hào)，由此來(lái)控制試樣保持器300中操作機(jī)構(gòu)410的工作。
圖6表示了一種優(yōu)選實(shí)施方式，該實(shí)施方式中，保持器與一SEM相聯(lián)接。如圖所示，包括一試樣載臺(tái)430以及至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)410的第一部分301被插入到SEM的試樣室214中。在該實(shí)例中，試樣保持器300上未聯(lián)接第二部分302，從而能符合試樣室214的規(guī)格(例如其具有合適的長(zhǎng)度，以使得試樣保持器300能按照合適的方式進(jìn)入到該試樣室中，從而能對(duì)位于載臺(tái)430上的試樣執(zhí)行成像)。因而，試樣保持器一旦被插入到試樣室214中之后，就可利用SEM對(duì)布置在試樣載臺(tái)430上的試樣進(jìn)行成像和/或?qū)Σ僮鳈C(jī)構(gòu)410進(jìn)行控制以操作該試樣。
從圖6所示的實(shí)例還可看出，試樣保持器300可與一平臺(tái)401進(jìn)行聯(lián)接，且其上聯(lián)接著試樣保持器300的這一平臺(tái)401可被送入到SEM的試樣室214中。也就是說(shuō)，平臺(tái)401有助于試樣保持器300與SEM的試樣室214正確地進(jìn)行配接。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到也可如圖4A所示那樣，將試樣保持器300聯(lián)接到這樣的平臺(tái)401上，且可在該平臺(tái)401上聯(lián)接一外部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402，用于在初始時(shí)對(duì)試樣保持器的操作機(jī)構(gòu)410進(jìn)行調(diào)整。在某些實(shí)施方式中，該外部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402可拆卸地聯(lián)接到平臺(tái)401上，以使得該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能被從平臺(tái)401上拆下，并將該平臺(tái)401插入到SEM的試樣室中。該平臺(tái)401的尺寸類似于常規(guī)SEM試樣保持器的尺寸，因而有助于在SEM試樣室214中正確地對(duì)正試樣保持器300，以便于利用該SEM對(duì)放置在試樣載臺(tái)430上的試樣正確地執(zhí)行成像。當(dāng)然，在某些實(shí)施方式中，該平臺(tái)401可被保留在SEM的試樣室中，可通過(guò)平臺(tái)的接口601將試樣保持器300與該平臺(tái)聯(lián)接起來(lái)，以便于對(duì)試樣執(zhí)行成像和/或操作，試樣保持器300可與該平臺(tái)接口601分離開(kāi)，以將試樣保持器300從SEM的試樣室214中取出(與這樣的情況相反每次要將試樣送入到SEM中和從SEM中取出時(shí)，都需要將平臺(tái)401插入到SEM試樣室214中或從試樣室中撤出)。另外，在某些設(shè)計(jì)形式中，試樣保持器300可被直接呈送給SEM的試樣室214，而無(wú)須使用該平臺(tái)401，且這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也將被涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
從圖6所示的實(shí)例還可看出，試樣保持器300可與一控制系統(tǒng)501保持通訊聯(lián)接。上文已對(duì)該控制系統(tǒng)501作了簡(jiǎn)要的描述。舉例來(lái)講，如圖6中的示例性構(gòu)造所示，試樣保持器300的一個(gè)部分301的一端可與控制系統(tǒng)501連接(例如電連接)。因而，當(dāng)?shù)诙糠?02與第一部分301脫離開(kāi)時(shí)，第一部分301自身就具有與控制系統(tǒng)501保持通訊聯(lián)接的合適接口。舉例來(lái)講，可使用多針電連接器將控制系統(tǒng)501與部分301聯(lián)系起來(lái)，以便于向部分301發(fā)送控制信號(hào)，由此來(lái)控制試樣保持器300中操作機(jī)構(gòu)410的工作。
因而，在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，設(shè)置了一種試樣保持器300，其包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)和一可調(diào)節(jié)的接口，該接口使得該試樣保持器300能選擇性地與多種不同類型的顯微鏡進(jìn)行聯(lián)接。也就是說(shuō)，在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300包括至少一個(gè)用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)以及一適于與多種不同類型顯微鏡接口相兼容的接口。更具體來(lái)講，在至少一種實(shí)施方式中，試樣保持器300可選擇性地與TEM或SEM進(jìn)行聯(lián)接。
優(yōu)選地是，試樣保持器300按照某種方式可拆分地聯(lián)接著顯微鏡，從而不會(huì)對(duì)該顯微鏡的正常工作(例如成像功能)造成影響。如果需要的話，試樣保持器300可只被用來(lái)對(duì)試樣執(zhí)行成像，而無(wú)需采用用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)410。作為備選方案，如果只希望對(duì)試樣執(zhí)行成像，則也可互換地使用普通的試樣保持器。也就是說(shuō)，試樣保持器300優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成這樣其能與顯微鏡的普通試樣保持器互換地使用，原因在于該試樣保持器300優(yōu)選地并不需要與顯微鏡結(jié)合為一體或者不需要對(duì)顯微鏡作其它的改動(dòng)，對(duì)顯微鏡的改動(dòng)將干擾顯微鏡的正常功用。因而，某些實(shí)施方式提供了一種移動(dòng)式的試樣保持器300，其中集成有操作機(jī)構(gòu)410，該試樣保持器300能可拆卸地聯(lián)接到顯微鏡上，以便于在需要時(shí)具有操作試樣的能力(下文將對(duì)這些操作功能作進(jìn)一步的描述)。
因而，圖7表示了本發(fā)明至少一種實(shí)施方式的示例性框圖，其中，試樣保持器300包括操作機(jī)構(gòu)410和用于與顯微鏡配接的接口300A。優(yōu)選地是，上文已簡(jiǎn)要描述的控制系統(tǒng)501與操作機(jī)構(gòu)401實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)接。例如，可采用控制系統(tǒng)501對(duì)致動(dòng)機(jī)構(gòu)420A、420B和420C的工作進(jìn)行控制，以精確地定位操作機(jī)構(gòu)(或末端執(zhí)行器)410。也就是說(shuō)，可利用該控制系統(tǒng)501對(duì)操作機(jī)構(gòu)410進(jìn)行控制，以便于對(duì)被研究試樣實(shí)施操作。例如，試樣保持器300可被聯(lián)接到顯微鏡—例如圖7中的顯微鏡701或702上，控制系統(tǒng)501被用來(lái)對(duì)致動(dòng)器420A、420B和420C實(shí)施控制，以便于精確地移動(dòng)其中的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)(或末端執(zhí)行器)410，進(jìn)而對(duì)由顯微鏡進(jìn)行成像的試樣執(zhí)行操作。
如上所述，試樣保持器300的接口300A優(yōu)選為適于使試樣保持器300能與多種不同類型的顯微鏡接口相符合。舉例來(lái)講，接口300A可被改變?yōu)榕c第一類顯微鏡701的接口701A相一致，從而可將試樣保持器300聯(lián)接到該顯微鏡701上，以對(duì)布置在試樣保持器300上的試樣執(zhí)行成像和/或操作。另外，接口300A還適于與第二類顯微鏡702上不同的接口702A相一致，從而可將試樣保持器300聯(lián)接到該顯微鏡702上，以對(duì)布置在試樣保持器300上的試樣執(zhí)行成像和/或操作。如上文參照?qǐng)D5-6所述的那樣，在某些實(shí)施方式中，顯微鏡701例如是TEM，顯微鏡702是SEM，可調(diào)節(jié)的接口300A使試樣保持器300能選擇性地聯(lián)接顯微鏡701或702。
下面參照?qǐng)D8，圖示的工作流程說(shuō)明了本發(fā)明某些實(shí)施方式是如何進(jìn)行工作的。更具體來(lái)講，圖8表示了一種根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施方式的、示例性的工作流程，該工作流程用于利用顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行研究。如圖所示，在工作模塊801中，用戶選擇所需類型的顯微鏡。也就是說(shuō)，工作模塊801包括這樣的操作用戶在多種不同類型的顯微鏡中選擇所需類型的顯微鏡。這些多種類型顯微鏡上用于接納試樣保持器的接口可以是不同的種類。在工作模塊802中，用戶對(duì)試樣保持器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以與顯微鏡的接口相一致。也就是說(shuō)，工作模塊802包括這樣的操作用戶對(duì)試樣保持器的接口進(jìn)行調(diào)節(jié)，以與所需類型顯微鏡的接口相一致。如上所述，試樣保持器的接口優(yōu)選為可調(diào)的，以便于與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容，其中的顯微鏡接口用于接納試樣保持器。
在工作模塊803中，用戶將一個(gè)試樣布置到試樣保持器上。而后，在工作模塊804中，試樣保持器與所需類型的顯微鏡配接起來(lái)，以使得試樣能被所需類型的顯微鏡執(zhí)行成像。因而，在工作模塊805中，可使用所需類型的顯微鏡對(duì)布置在試樣保持器上的試樣執(zhí)行成像。另外，在工作模塊806中，結(jié)合到試樣保持器中的操作機(jī)構(gòu)可被用來(lái)對(duì)試樣執(zhí)行操作(例如試樣保持器300中的操作機(jī)構(gòu)410)。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，試樣保持器300能可拆分地聯(lián)接到顯微鏡上，并帶有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。下面參見(jiàn)圖9，圖中所示的工作流程表示了本發(fā)明的某些實(shí)施方式是如何進(jìn)行工作的。在工作模塊901中，一試樣被布置到試樣保持器300的試樣載臺(tái)430上，該試樣保持器包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)410。在工作模塊902中，使用一獨(dú)立于試樣保持器300的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(例如圖4A中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)402)對(duì)操作機(jī)構(gòu)410執(zhí)行粗調(diào)，以便于將各操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器布置到初始位置上。在工作模塊903中，試樣保持器300與顯微鏡進(jìn)行配接，從而可利用顯微鏡對(duì)布置在試樣載臺(tái)430上的試樣執(zhí)行成像。在某些實(shí)施方式中，試樣保持器300的接口是可調(diào)的，由此使試樣保持器能與多種不同類型的顯微鏡接口相兼容(例如與TEM的試樣室和SEM的試樣室相兼容)，在其它的實(shí)施方式中，試樣保持器300的接口可以不是可調(diào)的(例如可以是固定的)。而后，在工作模塊904中，(例如借助于控制系統(tǒng)501)采用試樣保持器300的內(nèi)部致動(dòng)器(例如致動(dòng)器420A、420B和420C)對(duì)至少一操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器執(zhí)行精確定位，使其位于所需的位置上。
如上所述，在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，試樣保持器300包括一適應(yīng)性的接口，該接口使得試樣保持器300能與多種不同類型的顯微鏡接口實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。但是，在某些其它的實(shí)施方式中，試樣保持器300也可不帶有這樣的適應(yīng)性接口。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，試樣保持器300能可拆分地聯(lián)接到顯微鏡上，并包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地是，通過(guò)設(shè)置在試樣保持器300中的、對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器可獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)每一這種操作機(jī)構(gòu)。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，如同在上文參照?qǐng)D3A-3B和圖4A-4B所述的試樣保持器300的示例性構(gòu)造中，該試樣保持器300既包括一可調(diào)的接口，其中也結(jié)合有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其中的接口能與多種不同類型的顯微鏡(例如TEM或SEM)接口選擇性地進(jìn)行聯(lián)接，而操作機(jī)構(gòu)能可控地進(jìn)行工作，以便于對(duì)由該顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作。
盡管在試樣保持器300的這種示例性構(gòu)造中，操作機(jī)構(gòu)410被表示為探針(例如在圖4B中)，但應(yīng)當(dāng)指出的是除了探針之外，還可設(shè)計(jì)各種其它類型的操作機(jī)構(gòu)，或者用其它類型的操作機(jī)構(gòu)取代探針。例如，可使用抓持器、玻璃纖維、皮下注射針頭、軟管、以及納米尺度的鉤體來(lái)取代試樣保持器300中的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)410，從而能對(duì)被研究試樣執(zhí)行多種不同類型的操作。另外，在某些實(shí)施方式中，這樣的操作機(jī)構(gòu)410可以是互換的。例如，在試樣保持器300中，探針可與抓持器(或其它類型的操作機(jī)構(gòu))進(jìn)行互換，以使得用戶能有選擇地為試樣保持器300配置所需類型的操作機(jī)構(gòu)，由此可對(duì)被研究試樣執(zhí)行所需的操作。例如，可在各個(gè)壓電管420A-420C上聯(lián)接一種同樣的適配器，且在試樣保持器300中，任何能與該通用適配器的接口相兼容的操作機(jī)構(gòu)都能互換地使用。
如上所述，優(yōu)選地是，試樣保持器300中設(shè)置了多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。更為優(yōu)選地是，在該試樣保持器300中設(shè)置了至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)。具有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)被研究試樣執(zhí)行各種測(cè)量的目的。本發(fā)明的某些實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量，這些測(cè)量在常規(guī)情況下是無(wú)法進(jìn)行的，原因在于常規(guī)情況下顯微鏡的操作系統(tǒng)不具有足夠數(shù)目的操作機(jī)構(gòu)。
例如，如采用導(dǎo)電性的尖銳探針(例如經(jīng)過(guò)蝕刻的導(dǎo)電性W、Pt、Au質(zhì)探針)作為末端執(zhí)行器，則通過(guò)在試樣表面上定位兩個(gè)探針(即利用兩探針將試樣保持在自由空間中，并采用一個(gè)或多個(gè)其它的探針對(duì)試樣執(zhí)行測(cè)量)，就能對(duì)放置在試樣載臺(tái)430表面上的或懸浮在自由空間中的試樣的納米級(jí)斷面執(zhí)行導(dǎo)電率測(cè)量。如在試樣保持器300中設(shè)置四個(gè)操作器模塊，則甚至可對(duì)納米級(jí)的被研究試樣執(zhí)行四探針開(kāi)爾文(Kelvin)導(dǎo)電性測(cè)量。四探針導(dǎo)電率測(cè)量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能消除接觸電阻的影響，而對(duì)于探針與試樣之間形成的接合關(guān)系而言，接觸電阻是固有的，這樣就能精確地測(cè)量試樣的導(dǎo)電性，而這對(duì)于兩探針或三探針導(dǎo)電性測(cè)量技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。如采用其它類型的末端執(zhí)行器—例如力效應(yīng)探針，則還能實(shí)現(xiàn)對(duì)作用力的測(cè)量或完成力/電組合測(cè)量，而這樣的測(cè)量甚至可達(dá)到納米的尺度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的實(shí)施方式能實(shí)現(xiàn)各種其它類型的測(cè)量和/或試樣所要求的各種特性。
另外，本發(fā)明某些實(shí)施方式的操作系統(tǒng)也可被用來(lái)對(duì)微米和/或納米級(jí)的物體執(zhí)行組裝工作。例如，可將多個(gè)試樣布置在載臺(tái)430上，在某些應(yīng)用狀況下，操作機(jī)構(gòu)410可被用來(lái)將這些試樣組裝成為所需的結(jié)構(gòu)。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也能認(rèn)識(shí)到此類操作系統(tǒng)的其它各種應(yīng)用。
盡管上文對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)作了詳細(xì)的描述，但應(yīng)當(dāng)理解在不悖離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想和保護(hù)范圍的前提下，可對(duì)文中的內(nèi)容作多種形式的改動(dòng)、替換和變動(dòng)，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)限定。另外，本申請(qǐng)的范圍并不受文中有關(guān)過(guò)程、機(jī)構(gòu)、制造方式、材料組成、裝置、方法或步驟的具體實(shí)施方式
的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容能容易地領(lǐng)會(huì)到根據(jù)本發(fā)明，可采用其它目前存在的、或日后發(fā)展出的過(guò)程、機(jī)構(gòu)、制造方式、材料組成、裝置、方法或步驟，只要這些要素能與文中的對(duì)應(yīng)實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)基本相同的功能或達(dá)到基本相同的效果即可。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)將把這些過(guò)程、機(jī)構(gòu)、制造方式、材料組成、裝置、方法或步驟包含在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種操作系統(tǒng)，其包括試樣保持器，其具有一接口，該接口是可調(diào)節(jié)的，以便于與多種不同的顯微鏡接口相符合；以及至少一操作機(jī)構(gòu)，其可操作地對(duì)試樣執(zhí)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述至少一操作機(jī)構(gòu)包括一末端執(zhí)行器以及一工作可控的致動(dòng)器，其中的致動(dòng)器用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述末端執(zhí)行器包括從一集合組中選出的至少一種執(zhí)行器，所述集合組包括探針、抓持器、玻璃纖維、皮下注射針頭、鉤體以及軟管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)器包括一壓電管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)器可控地工作，以便于至少以納米級(jí)的精度施加所述運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述至少一操作機(jī)構(gòu)包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的數(shù)個(gè)操作機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和一致動(dòng)器，其中的致動(dòng)器可控地工作，以便對(duì)其操作機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)個(gè)操作機(jī)構(gòu)中每一操作機(jī)構(gòu)的所述致動(dòng)器都包括一壓電管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)器可控地工作，以便于至少以納米級(jí)的精度施加所述運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述多種不同的顯微鏡接口包括透射式電子顯微鏡(TEM)接口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述多種不同的顯微鏡接口包括掃描電子顯微鏡(SEM)接口和透射式電子顯微鏡(TEM)接口。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述試樣保持器包括一用于接納試樣的載臺(tái)，其中，所述接口適于按照一定的方式與所述多種不同顯微鏡接口的其中一種配接，其中的配接方式使得利用與所述試樣保持器相聯(lián)接的顯微鏡能對(duì)試樣執(zhí)行成像。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述接口適于按照一定的方式與所述多種不同顯微鏡接口的其中一種實(shí)現(xiàn)配接，其中的配接方式不會(huì)影響與試樣保持器聯(lián)接的顯微鏡的其它工作部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述試樣保持器包括所述至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，且其中所述接口使得所述操作系統(tǒng)可拆卸地與所述多種不同類型的顯微鏡接口進(jìn)行聯(lián)接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述多種不同的顯微鏡接口包括多種不同的顯微鏡試樣室。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作系統(tǒng)，其特征在于所述多種不同的顯微鏡接口包括用于接納待成像試樣的接口。
17.一種利用顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行研究的方法，所述方法包括步驟從多種不同類型的顯微鏡中選擇所需類型的顯微鏡，所述多種不同類型顯微鏡的每一種顯微鏡都具有不同類型的接口，用于接納一試樣保持器；對(duì)試樣保持器的接口進(jìn)行調(diào)節(jié)，以與所需類型顯微鏡的接口相符合，其中，所述試樣保持器的接口是可調(diào)的，以便于與所述多種不同類型的顯微鏡接口相兼容，其中的顯微鏡接口用于接納一試樣保持器；在所述試樣保持器上布置一試樣；以及將所述試樣保持器與所述所需類型的顯微鏡進(jìn)行配接，以使得所述試樣能被所述所需類型的顯微鏡進(jìn)行成像。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述試樣保持器包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)包括一末端執(zhí)行器和一用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括步驟利用所述至少一操作機(jī)構(gòu)對(duì)所述試樣執(zhí)行操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述試樣保持器包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的數(shù)個(gè)操縱機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于還包括步驟利用所述至少一操作機(jī)構(gòu)對(duì)所述試樣執(zhí)行操作。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于還包括步驟利用所述所需類型的顯微鏡對(duì)所述試樣執(zhí)行成像。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述多個(gè)不同類型的顯微鏡至少包括透射式電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)。
26.一種移動(dòng)式的試樣保持器，其用于保持一個(gè)試樣，以便于將試樣呈送給一顯微鏡，所述移動(dòng)式試樣保持器包括一用于接納試樣的載臺(tái)；多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，用于對(duì)所接納的試樣執(zhí)行操作，其中，所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的數(shù)個(gè)操縱機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器和用于向所述末端執(zhí)行器施加運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器；以及一個(gè)用于與顯微鏡可拆卸地進(jìn)行聯(lián)接的接口。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的移動(dòng)式試樣保持器，其特征在于所述末端執(zhí)行器包括從一集合組中選出的至少一種執(zhí)行器，所述集合組包括探針、抓持器、玻璃纖維、皮下注射針頭、鉤體以及軟管。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的移動(dòng)式試樣保持器，其特征在于所述致動(dòng)器包括一壓電管。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的移動(dòng)式試樣保持器，其包括至少四個(gè)所述操作機(jī)構(gòu)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的移動(dòng)式試樣保持器，其特征在于所述接口適于與多種不同類型的顯微鏡接口相符合。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的移動(dòng)式試樣保持器，其特征在于所述接口適于至少與透射式電子顯微鏡(TEM)接口和掃描式電子顯微鏡(SEM)接口相符合。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的移動(dòng)式試樣保持器，其包括至少兩個(gè)部分，兩部分可拆卸地相互聯(lián)接起來(lái)，其中，當(dāng)所述至少兩個(gè)部分被相互聯(lián)接起來(lái)時(shí)，所述移動(dòng)式試樣保持器與第一類型的顯微鏡接口相符合，當(dāng)所述至少兩個(gè)部分被分離開(kāi)時(shí)，所述移動(dòng)式試樣保持器的所述至少兩部分之一與第二類型的顯微鏡接口相符合。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的移動(dòng)式試樣保持器，其特征在于所述第一類型的顯微鏡接口包括一透射式電子顯微鏡(TEM)接口，所述第二類型的顯微鏡接口包括一掃描式電子顯微鏡(SEM)接口。
34.一種系統(tǒng)，其包括一試樣保持器，其包括一用于接納試樣的試樣載臺(tái)；一接口，其用于將試樣保持器與一顯微鏡聯(lián)接起來(lái)，以使得試樣載臺(tái)上接納的試樣能被顯微鏡成像；以及多個(gè)操作裝置，這些裝置可控地工作，以便于對(duì)被接納的試樣執(zhí)行操作，其中，所述多個(gè)操作裝置中的數(shù)個(gè)裝置都包括一末端執(zhí)行器以及一致動(dòng)器裝置，致動(dòng)器裝置可操作地向其對(duì)應(yīng)的末端執(zhí)行器施加精確的運(yùn)動(dòng)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于在所接納的試樣被一個(gè)與所述試樣保持器配接的顯微鏡成像的同時(shí)，所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)可控地工作，以對(duì)所接納試樣操作。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述末端執(zhí)行器包括從一集合組中選出的至少一種執(zhí)行器，所述集合組包括探針、抓持器、玻璃纖維、皮下注射針頭、鉤體以及軟管。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于可操作地施加精確運(yùn)動(dòng)的所述致動(dòng)器包括一壓電管。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于可操作地施加精確運(yùn)動(dòng)的所述致動(dòng)器至少能以納米級(jí)的精度施加所述運(yùn)動(dòng)。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)器可操作地在三維方向上施加所述精確運(yùn)動(dòng)。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述顯微鏡包括透射式電子顯微鏡(TEM)。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于用于將試樣保持器與顯微鏡聯(lián)接起來(lái)的所述接口包括一種可調(diào)節(jié)的接口，可對(duì)該接口進(jìn)行調(diào)整以與多種不同的顯微鏡接口兼容。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征在于所述接口是可調(diào)節(jié)的，以便于至少與透射式電子顯微鏡(TEM)接口和掃描式電子顯微鏡(SEM)接口相符合。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其位于所述試樣保持器的外部，其能可控地用于接合所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，并能粗略地調(diào)節(jié)所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于在利用光學(xué)顯微鏡對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行成像的同時(shí)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可操作地對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行所述的粗調(diào)。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于所述試樣保持器包括一接口，其用于與一平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)接，其中的平臺(tái)包括所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其特征在于相對(duì)于一光學(xué)顯微鏡對(duì)所述平臺(tái)進(jìn)行布置，以便于當(dāng)所述試樣保持器與所述平臺(tái)配接時(shí)，所述的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)能被所述光學(xué)顯微鏡成像。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可操作地按照約30納米的精度對(duì)所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行粗調(diào)。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可操作地提供至少兩毫米的運(yùn)動(dòng)行程。
49.一種系統(tǒng)，其包括一試樣保持器，其包括一用于接納試樣的試樣載臺(tái)；一接口，其用于將試樣保持器與一顯微鏡聯(lián)接起來(lái)，以使得試樣載臺(tái)上接納的試樣能被顯微鏡成像；以及多個(gè)操作裝置，這些裝置用于對(duì)被接納的所述試樣執(zhí)行操作，其中，所述多個(gè)操作裝置中的每一裝置都包括一末端執(zhí)行器，且這些操作裝置中的數(shù)個(gè)裝置各具有一致動(dòng)裝置，用于向其對(duì)應(yīng)的末端執(zhí)行器施加精確的運(yùn)動(dòng)，以使其從一初始位置向所需位置移動(dòng)；以及一調(diào)節(jié)裝置，其獨(dú)立于所述試樣保持器，其中，所述調(diào)節(jié)裝置用于對(duì)所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的至少之一執(zhí)行粗調(diào)，以便于將所述至少一操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器定位在所述初始位置上。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于在所接納的試樣被一個(gè)與所述試樣保持器配接的顯微鏡執(zhí)行成像的同時(shí)，所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)可控地工作，用于對(duì)所接納的試樣執(zhí)行操作。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)裝置包括一壓電管。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于用于施加精確運(yùn)動(dòng)的所述致動(dòng)裝置可操作地能至少以納米級(jí)的精度施加所述運(yùn)動(dòng)。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于所述致動(dòng)裝置可操作地在三維方向上施加所述精確的運(yùn)動(dòng)。
54.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于所述顯微鏡包括透射式電子顯微鏡(TEM)。
55.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于用于將試樣保持器與一顯微鏡聯(lián)接起來(lái)的所述接口包括一種可調(diào)節(jié)的接口，可對(duì)該接口進(jìn)行調(diào)整以與多種不同的顯微鏡接口兼容。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于所述接口是可調(diào)節(jié)的，以便于至少與透射式電子顯微鏡(TEM)接口和掃描式電子顯微鏡(SEM)接口相符合。
57.一種對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作的方法，所述方法包括步驟將一試樣設(shè)置在一試樣保持器的試樣載臺(tái)上，試樣保持器還包括多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其中，每一所述操作機(jī)構(gòu)都包括一末端執(zhí)行器，且所述多個(gè)操作裝置中的數(shù)個(gè)裝置各具有一致動(dòng)裝置，該致動(dòng)裝置可操作地向其對(duì)應(yīng)的末端執(zhí)行器施加精確運(yùn)動(dòng)；利用一調(diào)節(jié)裝置對(duì)所述多個(gè)操作機(jī)構(gòu)中的至少之一執(zhí)行粗調(diào)，以便于將所述至少一操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器布置在一初始位置上，其中的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)獨(dú)立于所述試樣保持器；將所述試樣保持器與一顯微鏡進(jìn)行配接，以使得所述試樣能被所述顯微鏡執(zhí)行成像；以及利用所述操作機(jī)構(gòu)中的所述數(shù)個(gè)操作機(jī)構(gòu)的至少第一操作機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器對(duì)所述至少第一操縱機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行精確定位，從而將末端執(zhí)行器移動(dòng)到理想位置。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其還包括步驟將所述試樣保持器與一平臺(tái)聯(lián)接起來(lái)，該平臺(tái)包括所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于相對(duì)于一光學(xué)顯微鏡對(duì)所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行布置，從而當(dāng)使用所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)執(zhí)行所述粗調(diào)時(shí)，所述至少一操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器可被所述光學(xué)顯微鏡成像。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其還包括步驟在所述至少一操作機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器被顯微鏡成像時(shí)，使用所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
61.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于所述致動(dòng)器包括一壓電管。
62.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其還包括步驟對(duì)所述試樣保持器的接口進(jìn)行調(diào)整，以使其符合于所述顯微鏡的接口。
63.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于所述精確運(yùn)動(dòng)包括至少為納米級(jí)精度的運(yùn)動(dòng)。
64.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于所述的理想位置包括一個(gè)用于對(duì)所述試樣執(zhí)行操作的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能對(duì)由顯微鏡進(jìn)行研究的試樣執(zhí)行操作的系統(tǒng)和方法。在一種實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)適于與多種不同類型的顯微鏡進(jìn)行配接，其中的顯微鏡例如是透射式電子顯微鏡(TEM)和掃描式電子顯微鏡(SEM)，系統(tǒng)還包括至少一個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其作用在于對(duì)試樣執(zhí)行操作。在另一實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)能可拆分地聯(lián)接到一顯微鏡—例如TEM上，且系統(tǒng)包括多個(gè)用于對(duì)試樣執(zhí)行操作的操作機(jī)構(gòu)。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)既包括可調(diào)的接口，也在其中結(jié)合有多個(gè)操作機(jī)構(gòu)，其中的接口使得系統(tǒng)能與多種不同類型的顯微鏡接口選擇性地進(jìn)行聯(lián)接，操作機(jī)構(gòu)能可控地工作，以對(duì)試樣執(zhí)行操作。
文檔編號(hào)B25J7/00GK1662838SQ03814146
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月17日
發(fā)明者馬克·J·戴爾, 俞敏峰, 肯·布雷 申請(qǐng)人:塞威公司