專利名稱：一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的卡具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的卡具。
背景技術(shù)：
掃描力顯微鏡系統(tǒng)由掃描力顯微鏡和控制系統(tǒng)組成。而掃描力顯微 鏡由掃描器，懸臂梁探針及其卡具以及懸臂梁彎曲激光探測單元等組成。 掃描力顯微鏡根據(jù)掃描實(shí)施的方式可分為掃描器帶動(dòng)掃描探針在被測樣 品上掃描(簡稱為上掃描)或掃描器帶動(dòng)被測樣品掃描而掃描探針不動(dòng) (簡稱為下掃描方式)。無論是哪種掃描方式，最重要的都是懸臂梁彎曲 激光探測單元的入射激光光點(diǎn)能保持在懸臂梁探針背面的同一位置上不 動(dòng)或變動(dòng)很小，并隨著掃描器在控制電壓下運(yùn)動(dòng)掃描被測樣品表面時(shí)懸
臂梁探針運(yùn)動(dòng)的可靠性。由于懸臂梁探針是一個(gè)對微弱力極敏感的100 到200微米長，且一端工作時(shí)需固定而另一自由端有一個(gè)幾個(gè)微米長、 直徑小于10nm的微小的針尖的微懸臂，把這樣小的懸臂梁固定端直接安 裝固定到相對其龐大的掃描力顯微鏡的掃描器上很難保證位置準(zhǔn)確可 靠，因此需要有安裝懸臂梁探針的卡具，先把懸臂梁探針安裝在卡具上 相應(yīng)的位置，再把裝好探針的卡具固定到掃描力顯微鏡的掃描器上。這 就對安裝懸臂梁探針的探針卡具提出很高的要求，要求既便于安裝懸臂 梁探針又要多次重復(fù)安裝在掃描器上時(shí)位置準(zhǔn)確，重復(fù)性能好。
以美國某個(gè)制造商的掃描力顯微鏡為例，其懸臂梁探針卡具是靠卡 具上有4個(gè)類似印刷電路板上插接集成電子元件用的小孔來定位和固定 到底部安裝有與小孔匹配的4個(gè)類似集成電子元件上管腳樣插針的掃描 器上。缺點(diǎn)是插或拔出卡具時(shí)必須萬分小心否則容易使插針折彎、而且 長期頻繁插拔后小孔和插針之間的配合由于磨損而變得松散和不牢靠。 另外懸臂梁探針是靠片簧壓到懸臂梁探針安裝槽中并由固緊螺釘把片簧 固緊在夾具的底部的。當(dāng)裝有懸臂梁探針的卡具插接到掃描器上，如果 探針位置有偏差，則必須先把卡具拔下后，擰松固緊螺釘、松開片簧、 再重新安放懸臂梁探針比較繁瑣費(fèi)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種位置準(zhǔn)確、重復(fù)性好的用于掃描力顯微鏡 上安裝懸臂梁探針的卡具。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，卡具由楔形塊、磁鐵、卡具主體和緊固 小螺栓組成，卡具主體的下半部為筒體，上半部的一側(cè)帶有凸耳，凸耳 上開有至筒體內(nèi)壁的開口槽，開口槽將凸耳分為兩片， 一片上開螺紋孔，
另一片上開光孔；卡具主體的上半部在帶有凸耳一側(cè)的內(nèi)圓中設(shè)置半圓
形平臺(tái)，半圓形平臺(tái)自圓心徑向開有使入射至懸臂梁探針針尖背面的激 光束通過的凹槽，半圓形平臺(tái)的底部開有中心對稱并與楔形塊寬度和楔
形塊上底邊厚度相同的通槽，通槽中嵌入楔形塊；卡具主體上半部與下 半部接壤處的外緣上沿凸耳向卡具主體中心開狹槽。
卡具主體為整體結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)的平臺(tái)與卡具主體的外緣為一體，卡 具主體的下半部筒體為空心，卡具主體的上半部筒體中一半為半圓平臺(tái)， 另一半為鏤空通孔。楔形塊的平面的中心開有圓形槽，圓形槽內(nèi)置入與 圓形槽體積相同的磁鐵，楔形塊的楔形面下底邊向上底邊方向開有懸臂 梁探針安裝槽，楔形塊的平面與楔形面的夾角為12。。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)效果是，該卡具安裝到掃描力顯微鏡的掃描器上 時(shí)定向和定位準(zhǔn)確、靠固緊小螺釘安裝的牢靠、長期頻繁使用可靠性和 重復(fù)性好，懸臂梁探針粘到楔形塊底面的探針安裝槽后靠磁力裝貼到卡 具上時(shí)不僅容易裝拆更換探針而且楔形塊能夠在通槽內(nèi)沿懸臂梁探針方 向前后位置可調(diào)從而調(diào)整了懸臂梁探針針尖使其處于理想的位置。


圖1為本發(fā)明卡具的俯視立體示意圖2為本發(fā)明卡具的仰視立體示意圖3為本發(fā)明卡具主體零件的俯視立體示意圖4為本發(fā)明卡具主體零件的仰視立體示意圖5為本發(fā)明粘好懸臂梁探針和鑲嵌小磁鐵后的楔形塊的俯視立體 示意圖6為本發(fā)明卡具中楔形塊的俯視立體示意圖； 圖7 圖8分別為本發(fā)明安裝于掃描力顯微鏡掃描器上之前和之后的 具體實(shí)施例一的示意圖。
具體實(shí)施例方式
卡具由楔形塊l、磁鐵3、卡具主體4和緊固小螺栓5組成，卡具主 體4的下半部為筒體，上半部的一側(cè)帶有凸耳8，凸耳8上開有至筒體內(nèi) 壁的開口槽12，開口槽12將凸耳8分為兩片，--片上開螺紋孔，另一片 上開光孔；卡具主體4的上半部在帶有凸耳8 —側(cè)的內(nèi)圓中設(shè)置半圓平 臺(tái)11，半圓形平臺(tái)11自圓心徑向開有深度和寬度大小以便入射檢測激光 束毫無阻攔地通過探針卡具射向懸臂梁探針針尖2的背面的凹槽7，半圓 形平臺(tái)11的底部開有中心對稱并與楔形塊1寬度和楔形塊1上底邊9厚 度相同的通槽13，通槽13中嵌入楔形塊1;卡具主體4上半部與下半部 接壤處的外緣上沿凸耳8向卡具主體4中心開狹槽6。
卡具主體4為整體結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)的平臺(tái)11與卡具主體4的外緣為一體， 卡具主體4的下半部筒體為空心，卡具主體4的上半部筒體中一半為半圓 平臺(tái)ll，另一半為鏤空通孔。
楔形塊1的平面的中心開有圓形槽14，圓形槽14內(nèi)置入與圓形槽14體 積相同的磁鐵3 ，楔形塊l的楔形面下底邊IO向上底邊9方向開有懸臂梁探 針2的安裝槽15，楔形塊1的平面與楔形面的夾角為12° 。
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖l、圖2、圖3、圖4、圖5 和圖6。
包括楔形塊l、小磁鐵3、卡具主體4和緊固小螺栓5等組成的懸臂梁 探針卡具?？ň咧黧w4是一個(gè)單塊零件。它的上部是一個(gè)薄壁扁圓筒體并 帶有凸耳8，凸耳8的中心開有開口槽12，開口槽12將凸耳8分為兩片，卡 具主體4俯視看如同希臘a字母去除兩腳再逆時(shí)針轉(zhuǎn)90。后的形狀、下部是 一個(gè)扁圓柱體，而左半圓柱鏤空且鏤空半徑為薄壁扁圓筒體內(nèi)壁半徑、 右半圓柱實(shí)心的形狀零件。在卡具主體4的上下兩部分之間有一個(gè)高度很 小、深度直達(dá)圓筒中心的狹縫6，該狹縫6將卡具主體4分成上下兩部分， 上部從圓筒開口槽12處延伸出來的兩片凸耳8，其中一片加工有光孔、另 一片加工有螺紋孔。下部左半圓柱鏤空槽起到定向和定位作用。卡具從 掃描器16的底部可定向、定位地套到掃描器16上并用緊固小螺釘5通過帶 開口槽12的卡具主體4把探針卡具鎖緊在掃描器16上.它可帶動(dòng)粘有懸臂 梁探針2的楔形塊1隨掃描管前后、左右沿被測表面準(zhǔn)確掃描探測。
在懸臂梁探針2卡具左半圓柱鏤空、右半圓柱實(shí)心的平臺(tái)11底 部開有中心對稱并與楔形塊1寬度和楔形塊1上底邊9厚度相同的通槽13，用于從底面安裝粘好懸臂梁探針2的楔形塊1，并在平臺(tái)ll上從圓 心徑向加工一個(gè)小長方體凹槽7，其深度和寬度大小以便入射檢測激光束 毫無阻攔地通過探針卡具射向懸臂梁探針針尖2的背面。楔形塊1是與 卡具主體4底部的通槽13相等、上下表面呈12°夾角的楔形體，其平面 的圓形槽14用于鑲?cè)氡鈭A柱形的小磁鐵3，小磁鐵3的上表面和楔形塊 1的上表面在同一個(gè)平面上。楔形塊1的下表面上根據(jù)懸臂梁探針2基體 的尺寸加工有懸臂梁探針2安裝槽15。懸臂梁探針2用易于清洗的樹脂 膠粘在該懸臂梁探針2的安裝槽15中。粘好懸臂梁探針2的楔形塊1靠 磁力從底部被吸在探針卡具的通槽13處，磁力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沿被測表面掃描 測量時(shí)探針和被測表面之間的摩擦力，且又能保證粘有懸臂梁探針2的 楔形塊1易于更換且安裝后能左右移動(dòng)以保證懸臂梁探針2的背面處于 圓心的中心。 實(shí)施例
粘好懸臂梁探針的卡具從掃描力顯微鏡掃描器16的底部半圓筒體端 套上去，半圓筒體剛好落入卡具下部左半圓柱鏤空體內(nèi)，用緊固小螺栓5 將卡具主體4固定在掃描器16的底部。懸臂梁探針2彎曲激光檢測單元 的激光器發(fā)出的準(zhǔn)直激光束穿過掃描器內(nèi)激光跟蹤等其他部件會(huì)聚到粘 在卡具上的懸臂梁探針2的背面。測量時(shí)被測樣品不動(dòng)，當(dāng)掃描器在驅(qū) 動(dòng)電壓控制下帶動(dòng)懸臂梁探針2前后左右兩個(gè)方向沿被測樣品表面掃描 探測幾十微米時(shí)激光光束受激光跟蹤等其它器件的作用能基本保證成像 在懸臂梁探針2背面的光點(diǎn)位置不動(dòng)。經(jīng)懸臂梁探針2反射的激光束經(jīng) 過一定的光學(xué)成像器件成像到懸臂梁探針2彎曲激光檢測單元中的光電 探測上。當(dāng)懸臂梁探針2沿被測樣品表面的水平兩方向掃描探測時(shí)，反 射激光束也隨著懸臂梁探針2的向上或向下彎曲使得成像在光電檢測器 上的光斑位置發(fā)生變化，繼而可測得微懸臂對應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化， 從而可以獲得樣品表面形貌的信息。
權(quán)利要求
1、一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的卡具，其特征是，卡具由楔形塊[1]、磁鐵[3]、卡具主體[4]和緊固小螺栓[5]組成，卡具主體[4]的下半部為筒體，上半部的一側(cè)帶有凸耳[8]，凸耳[8]上開有至筒體內(nèi)壁的開口槽[12]，開口槽[12]將凸耳[8]分為兩片，一片上開螺紋孔，另一片上開光孔；卡具主體[4]的上半部在帶有凸耳[8]一側(cè)的內(nèi)圓中設(shè)置半圓形平臺(tái)[11]，半圓形平臺(tái)[11]自圓心徑向開有使入射至懸臂梁探針針尖背面的激光束通過的凹槽[7]，半圓形平臺(tái)[11]的底部開有中心對稱并與楔形塊[1]寬度和楔形塊[1]上底邊[9]厚度相同的通槽[13]，通槽[13]中嵌入楔形塊[1]；卡具主體[4]上半部與下半部接壤處的外緣上沿凸耳[8]向卡具主體[4]中心開狹槽[6]。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的 卡具，其特征在于，卡具主體[4]為整體結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)的半圓平臺(tái)[ll]與 卡具主體[4]的外緣為一體，卡具主體[4]的下半部筒體為空心，卡具主 體[4]的上半部筒體中一半為半圓平臺(tái)[11]，另一半為鏤空通孔。
3、 根據(jù)權(quán)力要求l所述的一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的 卡具，其特征在于，楔形塊[l]的平面的中心開有圓形槽[14]，圓形槽[14] 內(nèi)置入與圓形槽[14]體積相同的磁鐵[3]，楔形塊[1]的楔形面下底邊[10] 向上底邊[9]方向開有懸臂梁探針安裝槽[15]，楔形塊[l]的平面與楔形 面的夾角為12° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于掃描力顯微鏡上安裝懸臂梁探針的卡具?？ň哂尚ㄐ螇K、磁鐵、卡具主體和緊固小螺栓組成，卡具主體的下半部為筒體，上半部的一側(cè)帶有凸耳，凸耳上開有至筒體內(nèi)壁的開口槽，開口槽將凸耳分為兩片，一片上開螺紋孔，另一片上開光孔；卡具主體的上半部在帶有凸耳一側(cè)的內(nèi)圓中設(shè)置半圓形平臺(tái)，半圓形平臺(tái)自圓心徑向開有凹槽，半圓形平臺(tái)的底部開有中心對稱并與楔形塊寬度和楔形塊上底邊厚度相同的通槽，通槽中嵌入楔形塊；卡具主體上半部與下半部接壤處的外緣上沿凸耳向卡具主體中心開狹槽。該卡具安裝到掃描力顯微鏡的掃描器上時(shí)定位準(zhǔn)確、長期頻繁使用可靠性和重復(fù)性好，懸臂梁探針容易更換并能夠沿懸臂梁方向前后位置可調(diào)。
文檔編號(hào)G12B21/00GK101183568SQ20071030196
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者朱振宇, 陳曉梅, 馬曉蘇 申請人:中國航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京長城計(jì)量測試技術(shù)研究所