專(zhuān)利名稱(chēng):掃描隧道顯微鏡的掃描探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種掃描隧道顯微鏡的掃描探頭，用于掃描隧道顯微鏡上，具有原子級(jí)的分辯率，是納米技術(shù)研究中不可缺少的重要工具。
在先技術(shù)中，美國(guó)有兩個(gè)公司(Digita1 Instruments Co.(USA)和ParkInstruments Co.(USA))，提供的掃描探頭調(diào)整控制全是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，針尖與待測(cè)樣品逼近的結(jié)構(gòu)也是用馬達(dá)自動(dòng)驅(qū)進(jìn)，掃描的最大范圍是0.5μm.雖然它具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，操作也比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低廉。但它的掃描范圍較小，在有些要求較大范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的場(chǎng)合不適用。
本實(shí)用新型的掃描探頭如
圖1所示。包括外罩1、帶盒蓋2的內(nèi)盒3、安裝平臺(tái)4、底座5，由安裝平臺(tái)4和底座5構(gòu)成的掃描座6和探針32。
所說(shuō)的外罩1是下端帶有凸緣10的金屬罩11。凸緣10上均勻分布有懸吊螺栓101，以供安裝抗震懸吊彈簧所用。外罩1罩在內(nèi)盒3的外面。
所說(shuō)的帶盒蓋2的內(nèi)盒3包括外殼30，外殼30圍成內(nèi)腔的收容室301。在外殼30頂端上置有定位孔302與盒蓋2上的定位柱20相配。在收容室301內(nèi)置有電路板31。探針32帶有金屬管35，帶有金屬管35的探針32的針尖從外殼30底板上的小孔內(nèi)伸出內(nèi)盒3，探針32的金屬管35與外殼30底板之間有絕緣套管33。探針32與外殼30構(gòu)成一體。探針32的尾端連接在電路板31上。外殼30的側(cè)壁上置有與控制系統(tǒng)上的電子插頭62相配的電子插座34。
所說(shuō)的安裝平臺(tái)4上置有兩個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)桿40和一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)桿41。三個(gè)調(diào)節(jié)桿40、41呈現(xiàn)一等腰三角形的分布，自動(dòng)調(diào)節(jié)桿41位于等腰三角形的頂點(diǎn)。在三個(gè)調(diào)節(jié)桿40、41之間置有待測(cè)樣品臺(tái)61。待測(cè)樣品臺(tái)61置于壓電陶瓷管60上。壓電陶瓷管60上有與控制系統(tǒng)上的D形接口相配的D形接口63。安裝平臺(tái)4的底下有支撐柱43，支撐柱43置于底座5上。
安裝平臺(tái)4與底座5構(gòu)成掃描座6可以是一體式的，或者是分體組裝的。
所說(shuō)的內(nèi)盒3置放在安裝平臺(tái)4上，安裝平臺(tái)4上的三個(gè)調(diào)節(jié)桿40、41頂在內(nèi)盒3外殼30的底板上，從外殼30底板上小孔內(nèi)伸出的探針32針尖對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品臺(tái)61。
所說(shuō)的外罩1、盒蓋2和內(nèi)盒3的外殼30均是由比重較重的金屬如不銹鋼，或是硬鋁合金構(gòu)成，為的是使探頭部分比較重，使探針32穩(wěn)定，以避免針尖顫抖。
上述如圖1所示的結(jié)構(gòu)，待測(cè)樣品置放在待測(cè)樣品臺(tái)61上。開(kāi)始探測(cè)時(shí)，首先調(diào)節(jié)兩個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)桿40，使探針32針尖緩慢地逼近待測(cè)樣品，當(dāng)調(diào)節(jié)到一定位置時(shí)，通過(guò)控制箱操縱自動(dòng)調(diào)節(jié)桿41進(jìn)行精調(diào)，直到加有偏壓的探針32針尖與待測(cè)樣品表面之間克服勢(shì)壘形成隧道電流后，固定探針32針尖的高度。啟動(dòng)壓電陶瓷管60使待測(cè)樣品臺(tái)61載著待測(cè)樣品移動(dòng)，則形成探針32的針尖對(duì)著待測(cè)樣品表面掃描。通過(guò)記錄針尖與待測(cè)樣品表面之間的隧道電流的變化，就獲得了待測(cè)樣品表面形貌的信息。
本實(shí)用新型的掃描探頭與在先技術(shù)相比，本實(shí)用新型掃描探頭上的內(nèi)盒3外面有外罩1，構(gòu)成了雙層屏蔽，因此抗干擾能力強(qiáng)。
本實(shí)用新型的探針32從外殼30底板小孔內(nèi)穿出，探針32與外殼30組成一體。探針32針尖高度的調(diào)整，先用兩手動(dòng)調(diào)節(jié)桿40進(jìn)行粗調(diào)，后用自動(dòng)調(diào)節(jié)桿進(jìn)行精調(diào)。既保護(hù)了針尖不因突然產(chǎn)生較大的隧道電流而受損，又能使針尖距待測(cè)樣品表面的高度調(diào)節(jié)精確，從而提高了掃描探頭的掃描精度。本實(shí)用新型掃描探頭中，探針32針尖的位置調(diào)整好了以后固定不動(dòng)，而是通過(guò)壓電陶瓷管60驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣品臺(tái)61載著待測(cè)樣品移動(dòng)，形成針尖對(duì)著待測(cè)樣品表面掃描。這不僅使得測(cè)量穩(wěn)定可靠，而且掃描范圍也容易擴(kuò)大。因此，本實(shí)用新型不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，同時(shí)掃描范圍較大，掃描分辯率精度高。
其中外罩1、盒蓋2和外殼30均由不銹鋼構(gòu)成。
探針32上的絕緣套管33是由高絕緣材料聚四氟乙烯構(gòu)成。三個(gè)調(diào)節(jié)桿40、41的分布呈現(xiàn)的等腰三角形的高大于安裝平臺(tái)4的半徑。自動(dòng)調(diào)節(jié)桿41是由計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。將上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型用于掃描隧道顯微鏡上，獲得的掃描范圍是3μm，最大可達(dá)到6μm。掃描分辯率為高序石墨(HOPG)原了分辯。分辯的精度高達(dá)1×10-5μm(0.1)。
權(quán)利要求
1.一種掃描隧道顯微鏡的掃描探頭，包括外罩(1)、帶盒蓋(2)的內(nèi)盒(3)、安裝平臺(tái)(4)、底座(5)和探針(32)，其特征在于<1>、所說(shuō)的外罩(1)是下端帶有凸緣(10)的金屬罩(11)，凸緣(10)上均勻分布有懸吊螺栓(101)，外罩(1)罩在內(nèi)盒(3)的外面；<2>、所說(shuō)的帶有盒蓋(2)的內(nèi)盒(3)包括外殼(30)，外殼(30)圍成的收容室(301)，外殼(30)頂端上的定位孔(302)與盒蓋(2)上的定位柱(20)相配，帶有金屬管(35)的探針(32)針尖從外殼(30)底板上的小孔內(nèi)伸出，探針(32)的金屬管(35)與外殼(30)底板之間有絕緣套管(33)，探針(32)與外殼(30)構(gòu)成一體，在收容室(301)內(nèi)置有電路板(31)，探針(30)的尾端連接在電路板(31)上，外殼(30)的側(cè)壁上置有與控制系統(tǒng)上電子插頭(62)相配的電子插座(34)；<3>、所說(shuō)的安裝平臺(tái)(4)上置有兩個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)桿(40)和一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)桿(41)，三個(gè)調(diào)節(jié)桿(40、41)的分布呈現(xiàn)一等腰三角形，自動(dòng)調(diào)節(jié)桿(41)位于等腰三角形的頂點(diǎn)，在三個(gè)調(diào)節(jié)桿(40、41)之間置有壓電陶瓷管(60)，在壓電陶瓷管(60)上置放待測(cè)樣品臺(tái)(61)，壓電陶瓷管(60)上有D形接口(63)，安裝平臺(tái)(4)的底下有支撐柱(43)，支撐柱(43)置于底座(5)上，安裝平臺(tái)(4)與底座(5)構(gòu)成掃描座(6)；<4>、上述的內(nèi)盒(3)置于安裝平臺(tái)(4)上，安裝平臺(tái)(4)上的三個(gè)調(diào)節(jié)桿(40、41)頂在內(nèi)盒(3)的外殼(30)底板上，從外殼(30)底板上小孔內(nèi)伸出的探針(32)針尖對(duì)準(zhǔn)安裝平臺(tái)(4)上壓電陶瓷管(60)上的待測(cè)樣品臺(tái)(61)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的掃描隧道顯微鏡的掃描探頭，其特征在于所說(shuō)的外罩(1)、盒蓋(2)和內(nèi)盒(3)的外殼(30)均是由比重較重的金屬是不銹鋼，或是硬鋁合金構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要
一種掃描隧道顯微鏡的掃描探頭，包含的內(nèi)盒置于金屬外罩內(nèi)構(gòu)成雙層屏蔽。探針的針尖從外殼底板小孔內(nèi)伸出，探針與外殼構(gòu)成一體。置于安裝平臺(tái)上的三個(gè)調(diào)節(jié)桿呈現(xiàn)等腰三角形的分布。兩手動(dòng)調(diào)節(jié)桿為粗調(diào)，位于等腰三角形頂角位置上的自動(dòng)調(diào)節(jié)桿為精調(diào)。當(dāng)探針針尖與待測(cè)樣品表面形成隧道電流以后，探針針尖的高度和位置是固定不動(dòng)的。而待測(cè)樣品隨著待測(cè)樣品臺(tái)被壓電陶瓷管的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)，從而形成探針針尖對(duì)著待測(cè)樣品表面進(jìn)行掃描。與在先技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，抗干擾能力強(qiáng)，掃描范圍較大，最大掃描范圍可達(dá)6μm，掃描分辨率為高序石墨(HOPG)原子分辨。分辨的精度高達(dá)1×10
文檔編號(hào)G01Q60/16GKCN2593320SQ02280003
公開(kāi)日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2002年11月28日
發(fā)明者李民乾, 胡均, 華壽亭, 張心澄 申請(qǐng)人:上海愛(ài)建納米科技發(fā)展有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan