CN107063115A - 一种开尔文探针的光路系统 - Google Patents

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朱连杰
白兆民
翟玮娴
梁荣贺
高付博
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Abstract

一种开尔文探针的光路系统，包括探针、电源、锁相放大器、过滤器、单色发光器和非球面镜，电源经正弦波的过滤器后形成正弦波电压信号，探针与过滤器电路和锁相放大器电路连接，探针接触式扫描待测量样品，单色发光器设置在待测量的样品的正上方，单色发光器的两侧设置相对的非球面镜，将散射光转化为平行光照射在样品上。本发明通过在开尔文探针扫描测试中引入平行光束，使待测样品表面光能量增强，增强开尔文探针在外界的激励下产生周期性的机械共振，增强测量所得到的样品表面形貌信号，提高精确度。

Description

一种开尔文探针的光路系统
技术领域
本发明涉及扫描探针显微技术领域，尤其涉及开尔文探针的光路系统。
背景技术
在微观区域材料组分的分布以及材料的组分与性能之间的关系一直为人门所关注，光学显微镜、化学分析、X射线衍射等不能很好地将材料表面形貌特征与材料的组份对应起来，很难获得高的空间分辨率，电子显微镜具有很高的空间分辨率，但可能引起样品辐射损伤和相变，因此，发展一种对组份偏聚敏感、具有高空间分辨率的常规分析方法，对于具有相分离结构的材料的研究具有重要意义。由于扫描力显微技术可以达到纳米级的空间分辨率，在不同的工作模式下可以得到与样品形貌结构对应的电学、磁学和力学等物理化学性能的信息，扫描开尔文探针显微技术是用来测量样品电子功函数差的扫描探针显微技术，可以根据不同材料具有不同的电子功函数，从而在具有不同相分离结构的样品上获得样品表面的电势差信息。
探针和样品之间一般存在van der waals 力、静电力、电磁力、毛细吸引力以及探针和样品的形变所产生的弹力。开尔文探针显微技术在半接触工作模式下采用二次扫描技术测量样品表面形貌和表面电势差信息。第一次扫描时，开尔文探针显微探针在外界的激励下产生周期性机械共振，在半接触模式下测量所得到的样品表面形貌信号被储存起来，第二次扫描时，依据第一次测量储存的形貌信号为基础，把探针从原来位置提高到一定高度，典型的数值为5nm～ 50nm，沿着第一次测量的轨迹进行表面势的测量。为提高第二次扫描测量的准确度，要努力提高第一次扫描前的外界激发能，获得更准确的样品表面信号并被贮存起来。
发明内容
本发明为实现上述目的，在开尔文探针测试中引入光源能量，增加探针在外界激励下产生的周期性机械共振，测量得到样品的表面形貌信号。
本发明所采取的技术方案：
一种开尔文探针的光路系统，包括探针、电源、锁相放大器、过滤器、单色发光器和非球面镜，电源经正弦波的过滤器后形成正弦波电压信号，探针与过滤器电路和锁相放大器电路连接，探针接触式扫描待测量样品，单色发光器设置在待测量的样品的正上方，单色发光器的两侧设置相对的非球面镜，将散射光转化为平行光照射在样品上。
所述的相对的非球面镜连线过单色发光器形成固定相对位置，相对的非球面镜环绕单色发光器在同一平面内往复扫描式转动。
本发明的有益效果：本发明通过在开尔文探针扫描测试中引入平行光束，使待测样品表面光能量增强，增强开尔文探针在外界的激励下产生周期性的机械共振，增强测量所得到的样品表面形貌信号，提高精确度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1-锁相放大器；2-探针；3-样品；4-非球面镜；5-单色发光器；6-电源；7-过滤器。
具体实施方式
一种开尔文探针的光路系统，包括探针2、电源6、锁相放大器1、过滤器7、单色发光器5和非球面镜4，电源6经正弦波的过滤器7后形成正弦波电压信号，探针2与过滤器7电路和锁相放大器1电路连接，探针2接触式扫描待测量样品3，单色发光器5设置在待测量的样品3的正上方，单色发光器5的两侧设置相对的非球面镜4，将散射光转化为平行光照射在样品3上。
所述的相对的非球面镜4连线过单色发光器5形成固定相对位置，相对的非球面镜4环绕单色发光器5在同一平面内往复扫描式转动。
应用时，电源6经过滤器7后形成正弦波电压信号，单色发光器5发出的散射光经非球面镜4汇聚到样品3上的平行光，探针2在样品3上半接触式扫描时，由探针和样品之间原来的范德华力、静电力、电磁力、毛细吸引力、探针2和样品3的形变所产生的弹力加上光能量，使探针2在外界激励下产生周期性机械共振，测量得到样品表面形貌的增强信号，再经锁相放大器1电路放大，记录表面形貌信号，为第二次扫描做好基础。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种开尔文探针的光路系统，其特征在于，包括探针（2）、电源（6）、锁相放大器（1）、过滤器（7）、单色发光器（5）和非球面镜（4），电源（6）经正弦波的过滤器（7）后形成正弦波电压信号，探针（2）与过滤器（7）电路和锁相放大器（1）电路连接，探针（2）接触式扫描待测量样品（3），单色发光器（5）设置在待测量的样品（3）的正上方，单色发光器（5）的两侧设置相对的非球面镜（4），将散射光转化为平行光照射在样品（3）上。
2.根据权利要求1所述的开尔文探针的光路系统，其特征在于，所述的相对的非球面镜（4）连线过单色发光器（5）形成固定相对位置，相对的非球面镜（4）环绕单色发光器（5）在同一平面内往复扫描式转动。
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