本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于孔徑型導(dǎo)電探針的超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自從2004年英國(guó)科學(xué)家制備出由單層碳原子以蜂窩狀排列的二維材料石墨烯、并因此項(xiàng)研究成果于2009年獲得諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái)，人們揭開了對(duì)二維材料的研究和應(yīng)用開發(fā)熱潮。過(guò)渡金屬化合物是類似石墨烯的二維材料，由于具有良好的光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械和化學(xué)等性能，成為目前研究的一大熱點(diǎn)。對(duì)二維材料光電特性的研究揭示了其在光伏器件、光電探測(cè)器、傳感器等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，而采用導(dǎo)電探針的掃描成像技術(shù)是一種有效的表征半導(dǎo)體材料光電效應(yīng)的研究手段，可以在微觀上觀察半導(dǎo)體材料表面形貌、光生載流子的強(qiáng)弱和分布情況。

雖然通過(guò)物鏡照明下的光電流掃描成像可以表征二維材料的光電特性，但是，所得到的是大尺寸面積內(nèi)平均效應(yīng)的結(jié)果，難以獲得微區(qū)域內(nèi)、納米尺度上的光電特性，這對(duì)材料的優(yōu)化與器件的研發(fā)是一大障礙。對(duì)二維材料進(jìn)行超局域化的光電流掃描成像，可以獲得材料的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征。

目前，主要采用基于物鏡照明的方法進(jìn)行光電流掃描成像，具體有以下兩種測(cè)試方案：

(1)激光由物鏡從樣品背面照明樣品，并聚焦在樣品表面，采用普通的導(dǎo)電探針逐點(diǎn)、逐行掃描，獲得樣品的電信號(hào)，進(jìn)行光電流掃描成像。該方法要求樣品必須透明，且光斑中心與探針尖端的位置一致，而且該一致性影響所測(cè)得的光電流的大小，降低測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)激光由物鏡從樣品正面照明樣品，聚焦在樣品表面，采用鼻形的導(dǎo)電探針逐點(diǎn)、逐行掃描，獲得樣品的電信號(hào)，進(jìn)行光電流掃描成像，該方法要求光斑中心與探針的位置一致，而且該一致性影響所測(cè)得的光電流的大小，降低測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

雖然這兩種方法都可以對(duì)樣品進(jìn)行光電流掃描成像，但他們普遍都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即所采用的入射光斑比較大，難以獲得微區(qū)域內(nèi)、納米尺度上的光電特性。由于二維材料都是層狀，不同層數(shù)的二維材料光電特性差異非常大，在較小的區(qū)域內(nèi)可能分布著不同層數(shù)的二維材料，所以大的入射光斑取消了不同層數(shù)二維材料光電特性的差異，難以準(zhǔn)確地對(duì)二維材料光電特性進(jìn)行表征。另外，上述兩種方法中，由于探針上沒有對(duì)準(zhǔn)工位、探針與光斑的位置對(duì)準(zhǔn)在操作上難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于孔徑型導(dǎo)電探針的超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中普通導(dǎo)電探針測(cè)試時(shí)光斑尺寸大、均一性低，以及襯底要求透明的缺陷；

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于孔徑型導(dǎo)電探針的超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鼻型導(dǎo)電探針測(cè)試時(shí)定位困難的缺點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于孔徑型導(dǎo)電探針的超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)，該掃描成像系統(tǒng)包括：

光源單元，用于提供符合樣品掃描光功率要求的激發(fā)光源；

掃描單元，基于原子力原理和光杠桿原理，利用孔徑型導(dǎo)電探針對(duì)樣品進(jìn)行接觸模式掃描，并獲得樣品表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)；

成像單元，用于對(duì)樣品表面的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得樣品的圖像和光學(xué)特性。

優(yōu)選地，所述光源單元包括：用于產(chǎn)生第一激光束的第一激光器和沿光路入射方向依次設(shè)置的光衰減片和第一透反射鏡；

所述第一激光束經(jīng)光衰減片和第一透反射鏡并聚焦，產(chǎn)生用于激發(fā)樣品產(chǎn)生電信號(hào)的激發(fā)光源，并入射至孔徑型導(dǎo)電探針的孔徑處。

優(yōu)選地，所述掃描單元包括：

孔徑型導(dǎo)電探針，基于孔徑型導(dǎo)電探針與樣品之間的原子斥力，產(chǎn)生與樣品表面原子力相對(duì)應(yīng)的孔徑型導(dǎo)電探針的變形和擺動(dòng)；

檢測(cè)模塊，基于光杠桿原理，接收經(jīng)由孔徑型導(dǎo)電探針?lè)瓷涞姆瓷涔庑盘?hào)，并對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，獲得孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量信號(hào)。

優(yōu)選地，所述孔徑型導(dǎo)電探針包括：探針基座、針尖和用于將針尖固定在探針基座上的懸臂梁；所述探針基座的與針尖同側(cè)的表面涂覆有Cr/Au金屬層。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)模塊包括：用于產(chǎn)生第二激光束的第二激光器和四象限光電探測(cè)器；

所述第二激光束經(jīng)聚焦照射在所述孔徑型導(dǎo)電探針的反射面上，經(jīng)該反射面反射的光信號(hào)由四象限光電探測(cè)器收集并處理，獲得孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量信號(hào)。

優(yōu)選地，所述掃描單元進(jìn)一步包括：樣品承載模塊，利用穿過(guò)孔徑型導(dǎo)電探針孔徑處的光束，激發(fā)樣品產(chǎn)生光電電流。

優(yōu)選地，所述樣品接口模塊包括：用于承載樣品的襯底、與樣品卡接的電極層和連接在電極層與外部設(shè)備之間的外電極；

所述孔徑型導(dǎo)電探針、樣品、襯底、電極層、外電極和與樣品承載模塊連接的外部設(shè)備形成一電學(xué)通路。

優(yōu)選地，該掃描成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括：監(jiān)視單元，用于對(duì)樣品掃描過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

優(yōu)選地，所述監(jiān)視單元包括：白光源、第二透反射鏡和視頻監(jiān)視器；

所述白光源光束通過(guò)第二透反射鏡沿激發(fā)光源的光路入射至所述孔徑型導(dǎo)電探針的孔徑處照射樣品，樣品的反射光沿白光源光束的路徑反射至第二透反射鏡，并透射至視頻監(jiān)視器。

優(yōu)選地，所述成像單元包括：

系統(tǒng)控制器，根據(jù)控制指令對(duì)所述孔徑型導(dǎo)電探針的掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)采集掃描單元獲取的樣品表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)；

計(jì)算機(jī)，基于用戶操作指令或所述孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)向系統(tǒng)控制器發(fā)送掃描運(yùn)動(dòng)控制指令；并且，對(duì)樣品表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，獲得樣品的圖像和光學(xué)特性。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明所述技術(shù)方案本利用孔徑型導(dǎo)電探針得到超小的入射光光斑、利用金屬表面等離激元結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光場(chǎng)強(qiáng)度，能夠進(jìn)行超局域化、高精細(xì)的光電流分布特性檢測(cè)；入射光與探針在樣品同側(cè)，可以用于非透明襯底上樣品的光電流掃描成像；操作簡(jiǎn)單方便，成像分辨率高。克服了普通導(dǎo)電探針測(cè)試時(shí)光斑尺寸大、均一性低，以及襯底要求透明的缺陷，也克服了鼻型導(dǎo)電探針測(cè)試時(shí)定位困難的缺點(diǎn)。本方案不僅可以應(yīng)用于對(duì)超薄二維半導(dǎo)體材料和器件光電特性的測(cè)試，而且能夠用于其它半導(dǎo)體材料和器件的光電特性精細(xì)測(cè)試、研究。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；

圖1示出本方案所述超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2-a示出本方案所述孔徑型導(dǎo)電探針的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-b示出本方案所述孔徑型導(dǎo)電探針的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-a示出本方案所述導(dǎo)電探針端面為C型金屬孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-b示出本方案所述導(dǎo)電探針端面為蝴蝶結(jié)形金屬孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出本方案所述超局域化光電流掃描成像測(cè)試通路的示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)

010、探針基座，011、懸臂梁，012、探針針尖，013、四棱錐形凹坑，014、Cr/Au金屬層，015、探針針尖外部的尖端，016、探針正面，017、探針背面，018、C型通孔結(jié)構(gòu)，019、C型針尖的尖端突起，020、蝴蝶結(jié)形金屬通孔，021、蝴蝶結(jié)型針尖的尖端突起，022、激光光束，023、電極層；

101、第一激光器，102、光衰減片，103、第一透反射鏡，104、物鏡；105、樣品，106、襯底；

201、掃描頭，202、掃描臺(tái)，203、第二激光器，204、四象限光電探測(cè)器；

301、孔徑型導(dǎo)電探針，302、外電極，303、系統(tǒng)控制器，304、計(jì)算機(jī)；

401、白光源，402、視頻監(jiān)視器，403、第二透反射鏡。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于光纖探針的超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括：光源單元、掃描單元和成像單元，所述光源單元根據(jù)樣品105掃描所需光功率的要求，提供用于掃描樣品的激發(fā)光源，掃描單元利用穿過(guò)孔徑型導(dǎo)電探針301的激發(fā)光源對(duì)樣品105進(jìn)行接觸模式掃描，并獲得樣品105表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)，成像單元對(duì)樣品105表面的電學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得樣品105的光電學(xué)特性和表面形貌圖像。

本方案中，所所述光源單元包括：用于產(chǎn)生第一激光束的第一激光器101和沿光路入射方向依次設(shè)置的光衰減片102和第一透反射鏡103；所述第一激光束經(jīng)光衰減片102和第一透反射鏡103耦合，再經(jīng)過(guò)物鏡104聚焦后，得到激發(fā)光源022，并入射至孔徑型導(dǎo)電探針301的孔徑處。

本方案中，所述掃描單元包括：孔徑型導(dǎo)電探針301、檢測(cè)模塊和樣品承載模塊?？讖叫蛯?dǎo)電探針301基于孔徑型導(dǎo)電探針301與樣品105之間的原子斥力，利用穿過(guò)探針孔徑處的激發(fā)光源022對(duì)樣品105進(jìn)行接觸模式掃描，產(chǎn)生與樣品105表面原子力相對(duì)應(yīng)的孔徑型導(dǎo)電探針301的變形和擺動(dòng)，檢測(cè)模塊基于光杠桿原理，接收經(jīng)由孔徑型導(dǎo)電探針301反射面反射出的反射光信號(hào)，并對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，獲得孔徑型導(dǎo)電探針的位置偏移量信號(hào)。將樣品105固定在樣品承載模塊上，利用穿過(guò)孔徑型導(dǎo)電探針孔徑處的光束，激發(fā)樣品產(chǎn)生光電電流，并傳輸給外部設(shè)備。

本方案中，所述孔徑型導(dǎo)電探針301和檢測(cè)模塊固定于帶有物鏡104的掃描頭內(nèi)。

如圖2-a和圖2-b所示，所述孔徑型導(dǎo)電探針301包括：探針基座010、針尖012和用于將針尖012固定在探針基座010上的懸臂梁011；所述探針基座010的與針尖012同側(cè)的表面上涂覆有Cr/Au金屬層014，其作用是能夠產(chǎn)生金屬表面等離激元光場(chǎng)增強(qiáng)，并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電目的。

如圖3-a和圖3-b所示，本方案中，所述孔徑型導(dǎo)電探針301的針尖012為四棱錐形凹坑結(jié)構(gòu)014或蝴蝶結(jié)形中空結(jié)構(gòu)020。

所述檢測(cè)模塊包括用于產(chǎn)生第二激光束的第二激光器203和四象限光電探測(cè)器204；所述第二激光束通過(guò)物鏡104聚焦后，照射在所述孔徑型導(dǎo)電探針301的反射面上，經(jīng)該反射面反射的光信號(hào)由四象限光電探測(cè)器204收集并處理，獲得樣品表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量信號(hào)。

所述樣品承載模塊包括用于承載樣品的襯底106、與樣品105卡接的電極層023和連接在電極層023與外部設(shè)備之間的外電極302。如圖4所示，孔徑型導(dǎo)電探針301、樣品105、襯底106、電極層023、外電極302和與樣品105承載模塊連接的外部設(shè)備形成一電學(xué)通路，通過(guò)該電學(xué)通路將樣品105產(chǎn)生的電信號(hào)傳輸給外部設(shè)備進(jìn)行分析處理。

本方案所述掃描成像系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有用于對(duì)樣品105掃描過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的監(jiān)視單元；該監(jiān)視單元包括：白光源401、第二透反射鏡403和CCD視頻監(jiān)視器402；所述白光源401的光束通過(guò)第二透反射鏡403的反射面沿激發(fā)光源的光路入射至所述孔徑型導(dǎo)電探針301的孔徑處照射樣品105，樣品105的反射光經(jīng)過(guò)物鏡104反射至第二透反射鏡403，樣品105的反射光透過(guò)第二透反射鏡403射入視頻監(jiān)視器402。通過(guò)該監(jiān)視單元可以選擇樣品105的特定區(qū)域，并且能夠?qū)⑽镧R104聚焦到樣品105的表面。

本方案中，所述成像單元包括：系統(tǒng)控制器303和計(jì)算機(jī)304。系統(tǒng)控制器303根據(jù)控制指令對(duì)所述孔徑型導(dǎo)電探針301的掃描運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)采集掃描單元獲取的樣品105表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)。計(jì)算機(jī)304基于用戶操作指令或所述孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)向系統(tǒng)控制器303發(fā)送掃描運(yùn)動(dòng)控制指令；并且，對(duì)樣品105表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，獲得樣品105的圖像和光學(xué)特性。其中系統(tǒng)控制器303分別與孔徑型導(dǎo)電探針301的導(dǎo)電層和外電極電連接，使孔徑型導(dǎo)電探針301、樣品105、襯底106、電極層023、外電極302和系統(tǒng)控制器303形成一完整的電學(xué)通路。

本方案中，為了保證樣品105的穩(wěn)定性和成像的準(zhǔn)確性，在所述掃描成像系統(tǒng)中進(jìn)一步設(shè)置有用于承載樣品105的掃描臺(tái)202。樣品承載模塊中的襯底106固定在掃描臺(tái)202上。

本方案所述超局域化光電流掃描成像系統(tǒng)的工作原理：第一激光器101輸出的激光束經(jīng)光衰減片102和第一透反射鏡103耦合，再經(jīng)物鏡104聚焦后，產(chǎn)生的激發(fā)光束022后，入射至孔徑型導(dǎo)電探針301的孔徑處；樣品承載模塊中固定的樣品105受到激發(fā)光束022的激發(fā)產(chǎn)生光電電流，該電流通過(guò)由孔徑型導(dǎo)電探針301、樣品105、襯底106、電極層023、外電極302和系統(tǒng)控制器303組成的電學(xué)通路，最終由系統(tǒng)控制器303獲得樣品表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)；與此同時(shí)，孔徑型導(dǎo)電探針301在掃描的過(guò)程中會(huì)由于孔徑型導(dǎo)電探針301與樣品105之間的原子斥力，產(chǎn)生與樣品105表面原子力相對(duì)應(yīng)的孔徑型導(dǎo)電探針301懸臂梁011的變形和擺動(dòng)，利用檢測(cè)模塊中的第二激光束經(jīng)物鏡104聚焦后，照射所述孔徑型導(dǎo)電探針301懸臂梁011的反射面，經(jīng)該反射面反射的光信號(hào)由四象限光電探測(cè)器204收集并處理，獲得孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量信號(hào)。系統(tǒng)控制器303將采集得到的樣品105表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)和孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)304，計(jì)算機(jī)304對(duì)樣品105表面的電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，獲得樣品105的圖像和光學(xué)特性。計(jì)算機(jī)304還可以基于用戶操作指令或所述孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)向系統(tǒng)控制器303發(fā)送掃描運(yùn)動(dòng)控制指令，由系統(tǒng)控制器303控制掃描頭201和掃描臺(tái)202完成探針的掃描運(yùn)動(dòng)。本方案為了能夠根據(jù)用戶需要選擇樣品105的特定區(qū)域，利用設(shè)置在掃描成像系統(tǒng)中的監(jiān)視單元對(duì)樣品的掃描過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻檢測(cè)記錄，通過(guò)監(jiān)視單元可以選擇樣品105的特定區(qū)域，并且能夠?qū)⑽镧R104聚焦到樣品105的表面。

本方案將激發(fā)光耦合進(jìn)孔徑型導(dǎo)電探針301的孔經(jīng)內(nèi)產(chǎn)生超小的激光光斑，通過(guò)金屬表面等離激元結(jié)構(gòu)照射樣品105，可以進(jìn)行接觸模式的超局域化光電流掃描成像；并且，本方案通過(guò)采用針尖有錐形孔的導(dǎo)電探針，照射樣品105的光斑小，可以對(duì)樣品進(jìn)行超局域化光激發(fā)；通過(guò)利用針尖的錐形孔確定入射光斑的位置，定位精度高，提高了光電特性測(cè)試的準(zhǔn)確性。通過(guò)在針尖頂部利用聚焦離子束加工方法制作金屬表面等離激元通孔結(jié)構(gòu)，提高探針孔的透光率、增強(qiáng)透過(guò)光的光場(chǎng)強(qiáng)度。

本方案將入射光與探針設(shè)置在在樣品同側(cè)，可以用于非透明襯底106上樣品的光電流掃描成像；基于白光源401、分光元件和成像CCD，可以進(jìn)行顯微觀察，便于觀察樣品105、調(diào)整孔徑型導(dǎo)電探針301的位置。

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

本系統(tǒng)通過(guò)第一激光器101輸出的激光束，該激光束經(jīng)光衰減片102、第一透反射鏡103耦合到掃描頭里的物鏡104，并聚焦到孔徑型導(dǎo)電探針301的孔徑里，入射光經(jīng)由孔徑透射后照射到樣品105上。掃描臺(tái)202帶動(dòng)樣品105相對(duì)于掃描頭201上的孔徑型導(dǎo)電探針301做掃描運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，在由孔徑型導(dǎo)電探針301、樣品105以及連接樣品的外電極302構(gòu)成電學(xué)通路中，利用孔徑型導(dǎo)電探針301獲得樣品105表面的電學(xué)信號(hào)。通過(guò)系統(tǒng)控制器303在計(jì)算機(jī)304上可以同時(shí)獲得樣品105的表面形貌成像、電學(xué)掃描成像。一般地，在掃描前利用白光源照明、CCD成像觀察樣品和探針的位置，根據(jù)掃描頭201里的物鏡104位置確定孔徑型導(dǎo)電探針301孔徑在水平面內(nèi)的位置，并調(diào)掃描頭201里的物鏡104使得入射光聚焦到孔徑型導(dǎo)電探針301孔徑的底部。

實(shí)施例1

本實(shí)施例1采用微機(jī)械剝離法制備片狀少層WSe2二維半導(dǎo)體材料作為樣品105，并轉(zhuǎn)移到Si/SiO2襯底106上，其中，WSe2材料的光致發(fā)光峰范圍為620-800nm，WSe2片的大小約5～15μm×5～15μm、層數(shù)1-10層、厚度0.5-10nm；SiO2層厚度為300nm，以便在光學(xué)顯微成像模式下觀察到該樣品105的形狀和在襯底106上的位置。在有掩模的條件下，通過(guò)沉積Au金屬層的工藝方法制備覆蓋WSe2一端的電極層023，電極層023的厚度約50-150nm，其面積大小足以使得外電極302壓在Au電極層上，以便與系統(tǒng)控制器303電學(xué)連通。

所采用的孔徑型導(dǎo)電探針301共振頻率約10-15KHz、力學(xué)常數(shù)0.2-3N/m，其中，孔徑型導(dǎo)電探針301的主體材料是硅，基座010大小約2mm×4mm、厚度0.3mm；懸臂梁011的寬約50μm、長(zhǎng)約500μm、厚度約4μm；針尖012內(nèi)部的四棱錐形凹坑013最大邊長(zhǎng)為15-25μm、高度10-15μm?？讖叫蛯?dǎo)電探針301正面016即有針尖的一面上有Cr/Au金屬層014，其中，Cr層厚度2-5nm、Au層厚度60-120nm。針尖012外部的尖端015用聚焦離子束工藝方法刻蝕出C型金屬通孔018和尖端突起019，其中，所刻蝕出來(lái)C型通孔結(jié)構(gòu)018的間隙寬度為30-50nm、長(zhǎng)為150-200nm、寬為100-150nm，尖端突起019的高度5-10nm、直徑2-10nm。C型金屬通孔018和尖端突起019利用表面等離激元效應(yīng)可以增強(qiáng)光透過(guò)率和光場(chǎng)的強(qiáng)度，并提高掃描成像的分辨率。將該孔徑型導(dǎo)電探針301固定在掃描頭201上，并實(shí)現(xiàn)孔徑型導(dǎo)電探針301與系統(tǒng)控制器303的電學(xué)連通。

第二激光器203發(fā)出的激光束經(jīng)物鏡104聚焦后，照射在孔徑型導(dǎo)電探針301的反射面上，反射面反射的反射光信號(hào)，到達(dá)四象限光電探測(cè)器204，經(jīng)四象限光電探測(cè)器204處理獲得孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)，利用孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)結(jié)合系統(tǒng)控制器303控制孔徑型導(dǎo)電探針301與樣品105的距離，并基于接觸模式對(duì)樣品105進(jìn)行掃描成像；其中，第二激光器203的波長(zhǎng)范圍為820-860nm，該波長(zhǎng)范圍遠(yuǎn)離樣品105的激發(fā)波長(zhǎng)、光致發(fā)光峰波長(zhǎng)，避免對(duì)樣品105光電流測(cè)試引入干擾。樣品105固定在掃描臺(tái)202上，利用系統(tǒng)控制器303控制掃描臺(tái)202，并帶動(dòng)樣品105在x軸、y軸、z軸三個(gè)方向的掃描運(yùn)動(dòng)，其最大掃描范圍分別是100-140μm、100-140μm和10μm。

白光源401發(fā)出的光經(jīng)第二透反射鏡403和第一透反射鏡103耦合進(jìn)物鏡104中，經(jīng)物鏡104聚焦后照射到孔徑型導(dǎo)電探針301的背面017或樣品105表面，反射光信號(hào)同樣經(jīng)過(guò)物鏡104、第一透反射鏡103和第二透反鏡403進(jìn)入視頻CCD和監(jiān)視器402，這樣可以選擇樣品105的特定區(qū)域，并且能將物鏡104聚焦到樣品105表面。

第一激光器101輸出光波長(zhǎng)532nm、功率20-50mW，經(jīng)過(guò)光衰減片102后功率約1-10mW，由第一透反射鏡103進(jìn)入掃描頭201，通過(guò)掃描頭201中的物鏡104聚焦到導(dǎo)電探針301四棱錐形凹坑013的底部，可以用視頻CCD和監(jiān)視器402觀察其聚焦?fàn)顟B(tài)?？讖叫蛯?dǎo)電探針301、樣品105、電極層023、外電極302與系統(tǒng)控制器303構(gòu)成電學(xué)通路。同時(shí)，系統(tǒng)控制器403控制孔徑型導(dǎo)電探針301在樣品105表面的掃描運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)控制器403與含控制軟件的計(jì)算機(jī)404相連，獲得樣品105表面的成像，以及在光照下樣品105的光生載流子和表面電荷的強(qiáng)弱、分布等信息?？梢詫?duì)比不同電壓、有光照和無(wú)光照等不同條件的微觀電流分布，以及單點(diǎn)的電流-電壓曲線；對(duì)于不同層數(shù)的WSe2二維材料表現(xiàn)出不同的光電特性。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例2采用微機(jī)械剝離法制備片狀少層MoS2二維半導(dǎo)體材料作為樣品105，并轉(zhuǎn)移到Si/SiO2襯底106上，其中，MoS2材料的光致發(fā)光峰范圍為600-800nm，MoS2片的大小約5～10μm×5～10μm、層數(shù)1-10層、厚度0.5-10nm；SiO2層厚度為300nm，以便在光學(xué)顯微成像模式下觀察到該樣品105的形狀和在襯底106上的位置。在有掩模的條件下，通過(guò)沉積Au金屬層的工藝方法制備覆蓋MoS2一端的電極023，電極層023的厚度約50-150nm，其面積大小足以使得外電極302壓在Au電極層上，以便與系統(tǒng)控制器303電學(xué)連通。

所采用的孔徑型導(dǎo)電探針301共振頻率約10-15KHz、力學(xué)常數(shù)0.2-3N/m，其中，導(dǎo)電探針301的主體材料是硅，基座010大小約2mm×4mm、厚度0.3mm；懸臂梁011的寬約50μm、長(zhǎng)約500μm、厚度約4μm；針尖012內(nèi)部的四棱錐形凹坑013最大邊長(zhǎng)為15-25μm、高度10-15μm。導(dǎo)電探針301正面016即有針尖的一面上有Cr/Au金屬層014，其中，Cr層厚度2-5nm、Au層厚度60-120nm。針尖012外部的尖端015用聚焦離子束工藝方法刻蝕出蝴蝶結(jié)形金屬通孔020和尖端突起021，其中，所刻蝕出來(lái)蝴蝶結(jié)形金屬通孔020的最小間隙寬度為5-20nm、邊長(zhǎng)為100-200nm，尖端突起021的高度5-10nm、直徑2-10nm。蝴蝶結(jié)形金屬通孔020和尖端突起021利用表面等離激元效應(yīng)可以增強(qiáng)光透過(guò)率和光場(chǎng)的強(qiáng)度，并提高掃描成像的分辨率。將該孔徑型導(dǎo)電探針301固定在掃描頭201上，并實(shí)現(xiàn)孔徑型導(dǎo)電探針301與系統(tǒng)控制器303的電學(xué)連通。

第二激光器203發(fā)出的激光束經(jīng)物鏡104聚焦后，照射在孔徑型導(dǎo)電探針301的反射面上，反射面反射的反射光信號(hào)，到達(dá)四象限光電探測(cè)器204，經(jīng)四象限光電探測(cè)器204處理獲得孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)，利用孔徑型導(dǎo)電探針301的位置偏移量數(shù)據(jù)信號(hào)結(jié)合系統(tǒng)控制器303控制孔徑型導(dǎo)電探針301與樣品105的距離，并基于接觸模式對(duì)樣品105進(jìn)行掃描成像；其中，第二激光器203的波長(zhǎng)范圍為820-860nm，該波長(zhǎng)范圍遠(yuǎn)離樣品105的激發(fā)波長(zhǎng)、光致發(fā)光峰波長(zhǎng)，避免對(duì)樣品105光電流測(cè)試引入干擾。樣品105固定在掃描臺(tái)202上，利用系統(tǒng)控制器303控制掃描臺(tái)202，并帶動(dòng)樣品105在x軸、y軸、z軸三個(gè)方向的掃描運(yùn)動(dòng)，其最大掃描范圍分別是100-140μm、100-140μm和10μm。

白光源401發(fā)出的光經(jīng)第二透反射鏡403和第一透反射鏡103耦合進(jìn)物鏡104中，經(jīng)物鏡104聚焦后照射到孔徑型導(dǎo)電探針301的背面017或樣品105表面，反射光信號(hào)同樣經(jīng)過(guò)物鏡104、第一透反射鏡103和第二透反鏡403進(jìn)入視頻CCD和監(jiān)視器402，這樣可以選擇樣品105的特定區(qū)域，并且能將物鏡104聚焦到樣品105表面。

第一激光器101輸出光波長(zhǎng)532nm、功率20-50mW，經(jīng)過(guò)光衰減片102后功率約1-10mW，由第一透反射鏡103進(jìn)入掃描頭201，通過(guò)掃描頭201中的物鏡104聚焦到導(dǎo)電探針301四棱錐形凹坑013的底部，可以用視頻CCD和監(jiān)視器402觀察其聚焦?fàn)顟B(tài)?？讖叫蛯?dǎo)電探針301、樣品105、電極層023、外電極302與系統(tǒng)控制器303構(gòu)成電學(xué)通路。同時(shí)，系統(tǒng)控制器403控制孔徑型導(dǎo)電探針301在樣品105表面的掃描運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)控制器403與含控制軟件的計(jì)算機(jī)404相連，獲得樣品105表面的成像，以及光照下樣品105的光生載流子和表面電荷的強(qiáng)弱、分布等信息?？梢詫?duì)比不同電壓、有光照和無(wú)光照等不同條件的微觀電流分布，以及單點(diǎn)的電流-電壓曲線；對(duì)于不同層數(shù)的WSe2二維材料表現(xiàn)出不同的光電特性。

綜上所述，該系統(tǒng)利用微加工工藝制備帶錐形孔和金屬納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電探針，獲得超小的入射光光斑，并利用金屬表面等離激元結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光場(chǎng)強(qiáng)度，能夠進(jìn)行超局域化、高精細(xì)的光電流分布特性檢測(cè)。入射光與探針在樣品同側(cè)，可以用于非透明襯底上樣品的光電流掃描成像。操作簡(jiǎn)單方便，成像分辨率高。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。