本發(fā)明涉及微/納尺度下信號檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置。

背景技術(shù)：

隨著電子器件朝著小型化、微型化方向發(fā)展，其發(fā)熱與散熱問題已經(jīng)成為制約其穩(wěn)定性與集成度的一個(gè)重要瓶頸問題。在微/納尺度下，材料的熱學(xué)行為往往會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)，材料的微觀結(jié)構(gòu)以及疇結(jié)構(gòu)(包括磁疇結(jié)構(gòu)、鐵電/壓電疇結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電疇結(jié)構(gòu)等)對其熱力學(xué)性質(zhì)的影響尤為重要。在微/納尺度下表征材料與熱相關(guān)的物性，理解其發(fā)熱與散熱的物理過程已經(jīng)成為現(xiàn)代熱科學(xué)中的一個(gè)嶄新的分支—微/納尺度熱科學(xué)。以磁性材料為例，在外場驅(qū)動(dòng)下其磁疇的翻轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生微區(qū)發(fā)熱，如果能夠在微區(qū)內(nèi)同步、原位、實(shí)時(shí)地對磁性、溫度/熱導(dǎo)等物理參量進(jìn)行二維成像，就可以在微觀層面上實(shí)時(shí)觀察材料的發(fā)熱與散熱途徑、材料結(jié)構(gòu)與磁性之間的關(guān)聯(lián)，對于理解磁性材料的微區(qū)發(fā)熱與散熱的物理機(jī)制，降低磁電微/納器件的功耗、提高穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置，該探針夾持裝置能夠?yàn)樘结樚峁┱裨?，有利于磁疇結(jié)構(gòu)的高分辨探測，并且能夠與探針形成熱學(xué)回路，有利于探測溫度/熱導(dǎo)信號，從而能在微區(qū)內(nèi)對磁性、溫度/熱導(dǎo)等物理參量進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)表征的二維成像，以滿足當(dāng)前微/納尺度下熱科學(xué)與磁性納米復(fù)合熱電材料的表征需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置，探針通過所述的探針夾持裝置固定在掃描器上，掃描器帶動(dòng)探針產(chǎn)生與樣品之間的相對位移，所述的探針具有磁性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，用于探測磁、電、熱信號；

所述的探針夾持裝置包括電路主板、壓電陶瓷片、探針定位塊，以及用于將探針固定在探針定位塊上的夾具；

所述的壓電陶瓷片位于電路主板上，二者間電絕緣接觸；探針定位塊位于壓電陶片上，二者間電絕緣接觸；掃描器與電路主板之間電連接，掃描器與探針定位塊之間電連接；激勵(lì)信號源一的正負(fù)極通過電路主板的兩條電引線與壓電陶瓷片的上、下表面形成電回路，用于激勵(lì)壓電陶瓷片產(chǎn)生振源傳遞至探針；

所述夾具包括與探針相接觸的夾片；激勵(lì)信號源二的正負(fù)極通過夾片上的兩條電引線與探針形成熱學(xué)回路，即，激勵(lì)信號源二激勵(lì)電信號流經(jīng)探針上、下表面，探針與樣品接觸時(shí)進(jìn)行熱交換，使熱學(xué)回路中的電信號發(fā)生變化，經(jīng)采集分析得到樣品的熱信號。

作為一種實(shí)現(xiàn)方式，掃描器通過插針、插孔的插合方式與電路主板實(shí)現(xiàn)電連接。

作為一種實(shí)現(xiàn)方式，夾片與探針相接觸的表面的兩條電引線分別連接探針的上、下表面，形成熱學(xué)回路。

作為一種實(shí)現(xiàn)方式，所述的激勵(lì)信號源一集成在掃描器上。作為優(yōu)選，所述的電路主板包括兩個(gè)過孔焊盤，一個(gè)過孔與其焊點(diǎn)由信號線實(shí)現(xiàn)與壓電陶瓷片上表面的電連接，另一個(gè)過孔與其焊點(diǎn)由信號線實(shí)現(xiàn)與壓電陶瓷片下表面的電連接。作為優(yōu)選，過孔中的插孔為兩個(gè)冠簧插孔。

作為一種實(shí)現(xiàn)方式，所述的激勵(lì)信號源二集成在掃描器上。作為優(yōu)選，所述的電路主板還包括一個(gè)過孔焊盤，該過孔與其焊點(diǎn)由信號線實(shí)現(xiàn)與夾片上的兩條電引線的電連接。

作為優(yōu)選，所述的電路主板設(shè)置第一凹槽，壓電陶瓷片固定于該第一凹槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，壓電陶瓷片的上、下表面分別連接陶瓷絕緣層。

作為優(yōu)選，探針定位塊設(shè)置第二凹槽，用于放置探針。

作為優(yōu)選，第二凹槽與水平面形成一定夾角，有利于探針固定在探針定位塊，防止其下滑等，該夾角進(jìn)一步優(yōu)選約為10°。

作為優(yōu)選，所述的夾具為彈性夾具。作為一種實(shí)現(xiàn)方式，彈性夾具包括夾片、彈簧、以及連接件；夾片通過連接件可活動(dòng)地連接在電路主板上，彈簧位于夾片一端與電路主板之間，彈簧提供彈力，使夾片另一端夾住探針，使其固定在探針定位塊上。

作為優(yōu)選，電路主板設(shè)置第三凹槽，第三凹槽中放置彈簧。

作為優(yōu)選，所述的連接件包括夾片上的固定孔、螺絲，以及電路主板上的螺孔，螺絲穿過固定孔后與螺孔進(jìn)行螺紋連接，所述夾片可相對電路主板進(jìn)行前推或者后拉。向下按壓夾片一端，彈簧壓縮，并前推該夾片，使其另一端與探針接觸，然后釋放夾片一端，彈簧提供彈力，使夾片前端壓緊探針；反之，向下按壓夾片一端，并后拉該夾片，使其另一端離開探針，探針得到釋放。

作為優(yōu)選，夾片的另一端有個(gè)彎角結(jié)構(gòu)，用于加強(qiáng)對探針的壓緊。作為一種實(shí)現(xiàn)方式，所述的彎角結(jié)構(gòu)由夾片的另一端向上彎折后再向下、向內(nèi)彎折而形成。向上彎折的彎折部與夾片本體的夾角優(yōu)選為為10°至30°，向下彎折的彎折部優(yōu)選與夾片本體平行，向內(nèi)彎折的彎折部優(yōu)選與夾片本體垂直。與該彎角結(jié)構(gòu)相配，探針定位塊優(yōu)選設(shè)置探針定位槽，當(dāng)彎角結(jié)構(gòu)離開探針，探針得到釋放時(shí)，該彎角結(jié)構(gòu)落入該探針定位槽中。

本發(fā)明利用電路主板、壓電陶瓷片、夾片、探針定位塊等簡單零件構(gòu)成探針夾持裝置，利用該探針夾持裝置將探針固定在掃描器上,并可通過壓電陶瓷片為探針提供驅(qū)動(dòng)振源，有利于通過抬高模式高分辨測量磁疇結(jié)構(gòu)，并且能夠與探針形成熱學(xué)回路，有利于探測溫度/熱導(dǎo)信號，解決了常規(guī)磁性測量夾具沒有熱電測量電路，不能檢測熱信號，以及常規(guī)熱測量夾具磁信號測量分辨率差的問題，從而能在微區(qū)內(nèi)對磁性、溫度/熱導(dǎo)等物理參量進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)表征的二維成像，以滿足當(dāng)前微/納尺度下熱科學(xué)與磁性納米復(fù)合熱電材料的表征需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的立體圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的主視圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的左視圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的電路主板結(jié)構(gòu)圖；

圖6是圖5反面的主板印刷電路圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的探針定位塊的立體圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的探針定位塊的主視圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的探針定位塊的俯視圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的探針定位塊的左視圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的夾片的側(cè)面放大視圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中探針夾持裝置的夾片的俯視圖。

其中，電路主板1，冠簧插孔2，探針定位塊3，壓電陶瓷片4，陶瓷絕緣層5，螺絲6，彈簧7，夾片8，第一凹槽9，螺孔10，第三凹槽11，第二凹槽12，探針定位槽13，信號電纜14，固定孔15，限位片16，外接引線17。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本實(shí)施例中，掃描型顯微鏡包括掃描器、探針，以及將探針固定在掃描器上的探針夾持裝置。探針具有磁性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。

探針夾持裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1～4所示。探針夾具包括電路主板1、探針定位塊3、壓電陶瓷片4以及用于將探針固定在探針定位塊3上的夾具。

電路主板1的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中第一凹槽9用于安裝壓電陶瓷片4，壓電陶瓷片4的上、下表面分別連接陶瓷絕緣層5。第三凹槽11呈圓形，用于放置彈簧7。

夾具為彈性夾具，包括彈簧7、夾片8以及螺絲6。

如圖11、12所示，夾片8中部設(shè)有固定孔15，夾片8兩側(cè)設(shè)置限位片16。螺絲6穿過固定孔15與電路主板1上的螺孔10相螺紋連接，使夾片8可活動(dòng)地連接到電路主板1上，即夾片8可相對電路主板1進(jìn)行前推或者后拉。

夾片8的前端有個(gè)彎角結(jié)構(gòu)，即一端向上彎折后再向下、向內(nèi)彎折，向上彎折的彎折部與夾片8本體的夾角約為10°，向下彎折的彎折部與夾片8本體的平行，向內(nèi)彎折的彎折部與夾片8本體垂直。夾片8下表面印有兩條電路，分別連接磁-電探針的上、下表面，用以傳導(dǎo)磁-電聯(lián)用探針獲取的熱電信號，電路通過外接引線接入信號放大系統(tǒng)，用以輸出磁電聯(lián)用探針的電信號，并且可以通過信號線接入掃描型顯微鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號的及時(shí)采集、處理。

探針定位塊3的結(jié)構(gòu)如圖7～10所示，是一個(gè)具有第二凹槽12的近似長方體。壓電陶瓷片4參考尺寸可以采用長寬高為4mm×3.5mm×1mm，其它尺寸也可；相對于壓電陶瓷片4的尺寸，探針定位塊3采用長寬高為3.5mm×3mm×2mm，其它尺寸也可；第二凹槽12與定位塊3上表面之間的夾角約為10°，用于放置、固定探針。與夾片8結(jié)構(gòu)相配，探針定位塊3還設(shè)置探針定位槽13。工作狀態(tài)時(shí)，向下按壓夾片8的后端使彈簧7壓縮，夾片8的前端抬起，并前推夾片8，使其前端的彎角結(jié)構(gòu)與探針接觸，然后釋放夾片8后端，彈簧7提供彈力，使夾片8前端的彎角結(jié)構(gòu)壓緊探針；反之，向下按壓夾片8后端使彈簧7壓縮，夾片8的前端抬起，并后拉夾片8，使其前端的彎角結(jié)構(gòu)落入探針定位槽13中，即，該彎角結(jié)構(gòu)離開探針，探針得到釋放。

掃描器集成激勵(lì)信號源一與激勵(lì)信號源二的功能，探針定位塊3與探針電連接。電路主板1的具體印刷電路如圖6所示，四個(gè)冠簧插孔2焊接于電路主板1的a、b、c、d過孔焊盤上，用于實(shí)現(xiàn)與掃描器導(dǎo)電插針的機(jī)械插拔，從而實(shí)現(xiàn)電連接。正極過孔c與焊點(diǎn)e由信號電纜實(shí)現(xiàn)與壓電陶瓷片4上表面的電連接，負(fù)極過孔d與焊點(diǎn)f由信號電纜實(shí)現(xiàn)與壓電陶瓷片4下表面的電連接。過孔b與焊點(diǎn)g由信號電纜實(shí)現(xiàn)與夾片8上的兩條信號電纜14的電連接。

工作狀態(tài)時(shí)，探針放置在第二凹槽12中，測量電信號時(shí)探針與樣品接觸，樣品放置在樣品臺(tái)上從而接地；激勵(lì)信號源一的正、負(fù)極與壓電陶瓷片的上、下表面形成電回路，用于激勵(lì)壓電陶瓷片產(chǎn)生振源傳遞至探針，以此驅(qū)動(dòng)探針高頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)高分辨探測。激勵(lì)信號源二的正、負(fù)極通過夾片上的兩條信號電纜14與探針形成熱學(xué)回路，即，激勵(lì)信號源二激勵(lì)電信號流經(jīng)探針上、下表面，探針與樣品接觸時(shí)進(jìn)行熱交換，使熱學(xué)回路中的電信號發(fā)生變化，經(jīng)采集分析得到樣品的熱信號。

本掃描型顯微鏡用探針夾持裝置的使用方法：通過冠簧插孔2與掃描器上對應(yīng)插針的機(jī)械插拔實(shí)現(xiàn)探針夾持裝置與掃描器的連接固定與分離；裝卸探針時(shí)，先把探針夾持裝置與掃描器分離，并通過下壓、向后拉夾片8與探針脫離，以便更換探針。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述諸多實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更改與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。