CN101183568A - 一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具。卡具由楔形块、磁铁、卡具主体和紧固小螺栓组成，卡具主体的下半部为筒体，上半部的一侧带有凸耳，凸耳上开有至筒体内壁的开口槽，开口槽将凸耳分为两片，一片上开螺纹孔，另一片上开光孔；卡具主体的上半部在带有凸耳一侧的内圆中设置半圆形平台，半圆形平台自圆心径向开有凹槽，半圆形平台的底部开有中心对称并与楔形块宽度和楔形块上底边厚度相同的通槽，通槽中嵌入楔形块；卡具主体上半部与下半部接壤处的外缘上沿凸耳向卡具主体中心开狭槽。该卡具安装到扫描力显微镜的扫描器上时定位准确、长期频繁使用可靠性和重复性好，悬臂梁探针容易更换并能够沿悬臂梁方向前后位置可调。

Description

一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具

技术领域

本发明涉及一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具。

背景技术

扫描力显微镜系统由扫描力显微镜和控制系统组成。而扫描力显微镜由扫描器，悬臂梁探针及其卡具以及悬臂梁弯曲激光探测单元等组成。扫描力显微镜根据扫描实施的方式可分为扫描器带动扫描探针在被测样品上扫描(简称为上扫描)或扫描器带动被测样品扫描而扫描探针不动(简称为下扫描方式)。无论是哪种扫描方式，最重要的都是悬臂梁弯曲激光探测单元的入射激光光点能保持在悬臂梁探针背面的同一位置上不动或变动很小，并随着扫描器在控制电压下运动扫描被测样品表面时悬臂梁探针运动的可靠性。由于悬臂梁探针是一个对微弱力极敏感的100到200微米长，且一端工作时需固定而另一自由端有一个几个微米长、直径小于10nm的微小的针尖的微悬臂，把这样小的悬臂梁固定端直接安装固定到相对其庞大的扫描力显微镜的扫描器上很难保证位置准确可靠，因此需要有安装悬臂梁探针的卡具，先把悬臂梁探针安装在卡具上相应的位置，再把装好探针的卡具固定到扫描力显微镜的扫描器上。这就对安装悬臂梁探针的探针卡具提出很高的要求，要求既便于安装悬臂梁探针又要多次重复安装在扫描器上时位置准确，重复性能好。

以美国某个制造商的扫描力显微镜为例，其悬臂梁探针卡具是靠卡具上有4个类似印刷电路板上插接集成电子元件用的小孔来定位和固定到底部安装有与小孔匹配的4个类似集成电子元件上管脚样插针的扫描器上。缺点是插或拔出卡具时必须万分小心否则容易使插针折弯、而且长期频繁插拔后小孔和插针之间的配合由于磨损而变得松散和不牢靠。另外悬臂梁探针是靠片簧压到悬臂梁探针安装槽中并由固紧螺钉把片簧固紧在夹具的底部的。当装有悬臂梁探针的卡具插接到扫描器上，如果探针位置有偏差，则必须先把卡具拔下后，拧松固紧螺钉、松开片簧、再重新安放悬臂梁探针比较繁琐费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种位置准确、重复性好的用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具。

本发明的技术解决方案是，卡具由楔形块、磁铁、卡具主体和紧固小螺栓组成，卡具主体的下半部为筒体，上半部的一侧带有凸耳，凸耳上开有至筒体内壁的开口槽，开口槽将凸耳分为两片，一片上开螺纹孔，另一片上开光孔；卡具主体的上半部在带有凸耳一侧的内圆中设置半圆形平台，半圆形平台自圆心径向开有使入射至悬臂梁探针针尖背面的激光束通过的凹槽，半圆形平台的底部开有中心对称并与楔形块宽度和楔形块上底边厚度相同的通槽，通槽中嵌入楔形块；卡具主体上半部与下半部接壤处的外缘上沿凸耳向卡具主体中心开狭槽。

卡具主体为整体结构，筒体内的平台与卡具主体的外缘为一体，卡具主体的下半部筒体为空心，卡具主体的上半部筒体中一半为半圆平台，另一半为镂空通孔。楔形块的平面的中心开有圆形槽，圆形槽内置入与圆形槽体积相同的磁铁，楔形块的楔形面下底边向上底边方向开有悬臂梁探针安装槽，楔形块的平面与楔形面的夹角为12°。

本发明具有的优点效果是，该卡具安装到扫描力显微镜的扫描器上时定向和定位准确、靠固紧小螺钉安装的牢靠、长期频繁使用可靠性和重复性好，悬臂梁探针粘到楔形块底面的探针安装槽后靠磁力装贴到卡具上时不仅容易装拆更换探针而且楔形块能够在通槽内沿悬臂梁探针方向前后位置可调从而调整了悬臂梁探针针尖使其处于理想的位置。

附图说明

图1为本发明卡具的俯视立体示意图；

图2为本发明卡具的仰视立体示意图；

图3为本发明卡具主体零件的俯视立体示意图；

图4为本发明卡具主体零件的仰视立体示意图；

图5为本发明粘好悬臂梁探针和镶嵌小磁铁后的楔形块的俯视立体示意图；

图6为本发明卡具中楔形块的俯视立体示意图；

图7～图8分别为本发明安装于扫描力显微镜扫描器上之前和之后的具体实施例一的示意图。

具体实施方式

卡具由楔形块1、磁铁3、卡具主体4和紧固小螺栓5组成，卡具主体4的下半部为筒体，上半部的一侧带有凸耳8，凸耳8上开有至筒体内壁的开口槽12，开口槽12将凸耳8分为两片，一片上开螺纹孔，另一片上开光孔；卡具主体4的上半部在带有凸耳8一侧的内圆中设置半圆平台11，半圆形平台11自圆心径向开有深度和宽度大小以便入射检测激光束毫无阻拦地通过探针卡具射向悬臂梁探针针尖2的背面的凹槽7，半圆形平台11的底部开有中心对称并与楔形块1宽度和楔形块1上底边9厚度相同的通槽13，通槽13中嵌入楔形块1；卡具主体4上半部与下半部接壤处的外缘上沿凸耳8向卡具主体4中心开狭槽6。

卡具主体4为整体结构，筒体内的平台11与卡具主体4的外缘为一体，卡具主体4的下半部筒体为空心，卡具主体4的上半部筒体中一半为半圆平台11，另一半为镂空通孔。

楔形块1的平面的中心开有圆形槽14，圆形槽14内置入与圆形槽14体积相同的磁铁3，楔形块1的楔形面下底边10向上底边9方向开有悬臂梁探针2的安装槽15，楔形块1的平面与楔形面的夹角为12°。

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1、图2、图3、图4、图5和图6。

包括楔形块1、小磁铁3、卡具主体4和紧固小螺栓5等组成的悬臂梁探针卡具。卡具主体4是一个单块零件。它的上部是一个薄壁扁圆筒体并带有凸耳8，凸耳8的中心开有开口槽12，开口槽12将凸耳8分为两片，卡具主体4俯视看如同希腊Ω字母去除两脚再逆时针转90°后的形状、下部是一个扁圆柱体，而左半圆柱镂空且镂空半径为薄壁扁圆筒体内壁半径、右半圆柱实心的形状零件。在卡具主体4的上下两部分之间有一个高度很小、深度直达圆筒中心的狭缝6，该狭缝6将卡具主体4分成上下两部分，上部从圆筒开口槽12处延伸出来的两片凸耳8，其中一片加工有光孔、另一片加工有螺纹孔。下部左半圆柱镂空槽起到定向和定位作用。卡具从扫描器16的底部可定向、定位地套到扫描器16上并用紧固小螺钉5通过带开口槽12的卡具主体4把探针卡具锁紧在扫描器16上.它可带动粘有悬臂梁探针2的楔形块1随扫描管前后、左右沿被测表面准确扫描探测。

在悬臂梁探针2卡具左半圆柱镂空、右半圆柱实心的平台11底部开有中心对称并与楔形块1宽度和楔形块1上底边9厚度相同的通槽13，用于从底面安装粘好悬臂梁探针2的楔形块1，并在平台11上从圆心径向加工一个小长方体凹槽7，其深度和宽度大小以便入射检测激光束毫无阻拦地通过探针卡具射向悬臂梁探针针尖2的背面。楔形块1是与卡具主体4底部的通槽13相等、上下表面呈12°夹角的楔形体，其平面的圆形槽14用于镶入扁圆柱形的小磁铁3，小磁铁3的上表面和楔形块1的上表面在同一个平面上。楔形块1的下表面上根据悬臂梁探针2基体的尺寸加工有悬臂梁探针2安装槽15。悬臂梁探针2用易于清洗的树脂胶粘在该悬臂梁探针2的安装槽15中。粘好悬臂梁探针2的楔形块1靠磁力从底部被吸在探针卡具的通槽13处，磁力远远大于沿被测表面扫描测量时探针和被测表面之间的摩擦力，且又能保证粘有悬臂梁探针2的楔形块1易于更换且安装后能左右移动以保证悬臂梁探针2的背面处于圆心的中心。

实施例

粘好悬臂梁探针的卡具从扫描力显微镜扫描器16的底部半圆筒体端套上去，半圆筒体刚好落入卡具下部左半圆柱镂空体内，用紧固小螺栓5将卡具主体4固定在扫描器16的底部。悬臂梁探针2弯曲激光检测单元的激光器发出的准直激光束穿过扫描器内激光跟踪等其他部件会聚到粘在卡具上的悬臂梁探针2的背面。测量时被测样品不动，当扫描器在驱动电压控制下带动悬臂梁探针2前后左右两个方向沿被测样品表面扫描探测几十微米时激光光束受激光跟踪等其它器件的作用能基本保证成像在悬臂梁探针2背面的光点位置不动。经悬臂梁探针2反射的激光束经过一定的光学成像器件成像到悬臂梁探针2弯曲激光检测单元中的光电探测上。当悬臂梁探针2沿被测样品表面的水平两方向扫描探测时，反射激光束也随着悬臂梁探针2的向上或向下弯曲使得成像在光电检测器上的光斑位置发生变化，继而可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。

Claims (3)

1.一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具，其特征是，卡具由楔形块[1]、磁铁[3]、卡具主体[4]和紧固小螺栓[5]组成，卡具主体[4]的下半部为筒体，上半部的一侧带有凸耳[8]，凸耳[8]上开有至筒体内壁的开口槽[12]，开口槽[12]将凸耳[8]分为两片，一片上开螺纹孔，另一片上开光孔；卡具主体[4]的上半部在带有凸耳[8]一侧的内圆中设置半圆形平台[11]，半圆形平台[11]自圆心径向开有使入射至悬臂梁探针针尖背面的激光束通过的凹槽[7]，半圆形平台[11]的底部开有中心对称并与楔形块[1]宽度和楔形块[1]上底边[9]厚度相同的通槽[13]，通槽[13]中嵌入楔形块[1]；卡具主体[4]上半部与下半部接壤处的外缘上沿凸耳[8]向卡具主体[4]中心开狭槽[6]。

2.根据权利要求1所述的一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具，其特征在于，卡具主体[4]为整体结构，筒体内的半圆平台[11]与卡具主体[4]的外缘为一体，卡具主体[4]的下半部筒体为空心，卡具主体[4]的上半部筒体中一半为半圆平台[11]，另一半为镂空通孔。

3.根据权力要求1所述的一种用于扫描力显微镜上安装悬臂梁探针的卡具，其特征在于，楔形块[1]的平面的中心开有圆形槽[14]，圆形槽[14]内置入与圆形槽[14]体积相同的磁铁[3]，楔形块[1]的楔形面下底边[10]向上底边[9]方向开有悬臂梁探针安装槽[15]，楔形块[1]的平面与楔形面的夹角为12°。

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