CN112098680B - 原子力显微测试系统及其样品台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原子力显微测试系统及其样品台，所述样品台包括透明本体及设于透明本体上的夹具，透明本体具有一椭球面，样品台还包括一反射层，反射层覆盖于椭球面的表面，透明本体的一侧面设有激光入射点，透明本体的顶面设有检测点，椭球面的长轴的两个焦点分别与激光入射点、检测点重合，从激光入射点入射的激光被反射层反射后从检测点出射。本发明提供的样品台通过在透明本体上设置一椭球面，在椭球面上覆盖反射层，椭球面的长轴的两个焦点分别与位于透明本体的一侧面上的激光入射点、位于透明本体的顶面的检测点重合，使得从激光入射点入射的激光均可以从检测点出射，从而能够对入射激光进行精确对准，实现激光位置可控可调。
Description
技术领域
本发明涉及原子力显微测试技术领域，尤其涉及一种原子力显微测试系统及其样品台。
背景技术
原子力显微镜(Atomic force microscope，AFM)具有高的分辨成像能力以及可在各种环境下成像的特点，其不仅可以表征样品的表面微观形貌，还可以在纳米尺度上表征材料的物理性能(力、电、热、磁、光等)和化学性能，如材料的表面硬度、表面电荷、电畴和磁畴分布等，因此，AFM在功能材料、能源材料、生物材料等领域具有极其重要和广泛的应用。
AFM在对材料的物理性能和化学性能进行表征的时候，光学激励方式中可以采用激光激励方案，现有的激光激励方案大部分采用顶部激光照射方案，由于探针针尖的遮挡，照射到样品表面的位置往往无法与探针的检测位置统一；也有采用底部激光照射的方案，但是底部激光位置的定位十分困难。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种原子力显微测试系统及其样品台，能够对入射激光进行精确对准，实现激光位置可控可调。
本发明提出的具体技术方案为：一种样品台，所述样品台包括透明本体及设于所述透明本体上的夹具，所述夹具用于将样品固定于所述透明本体的顶部，所述透明本体具有一椭球面，所述样品台还包括一反射层，所述反射层覆盖于所述椭球面的表面，所述透明本体的一侧面设有激光入射点，所述透明本体的顶面设有检测点，所述椭球面的长轴的两个焦点分别与所述激光入射点、检测点重合，从所述激光入射点入射的激光被所述反射层反射后从所述检测点出射。
进一步地，所述椭球面的长轴与所述透明本体的顶面之间的夹角为30°～80°。
进一步地，所述透明本体的底部具有一凹部，所述凹部朝向所述激光入射点和所述检测点的一面为所述椭球面。
进一步地，所述夹具的材质为金属。
进一步地，所述夹具的材质为铜。
进一步地，所述激光入射点所在的侧面为斜面。
进一步地，所述夹具包括两个夹臂，所述两个夹臂设于所述透明本体相对的两个侧面上，所述两个夹臂关于所述激光入射点对称。
进一步地，所述两个夹臂所在的两个侧面为斜面。
进一步地，所述激光入射点所在的侧面、所述两个夹臂所在的两个侧面的倾斜角度相等且均为10°～85°。
本发明还提供了一种原子力显微测试系统，所述原子力显微测试系统包括原子力显微镜及如上任一项所述的样品台，所述样品台固定于所述原子力显微镜的扫描台上。
本发明提供的样品台通过在透明本体上设置一椭球面，在椭球面上覆盖反射层，椭球面的长轴的两个焦点分别与位于透明本体的一侧面上的激光入射点、位于透明本体的顶面的检测点重合，使得从激光入射点以不同角度入射的激光均可以被反射层反射后从检测点出射，从而能够对入射激光进行精确对准，实现激光位置可控可调。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明实施例中的样品台的结构示意图；
图2为图1中的样品台的剖面图；
图3为图1中的样品台的仰视图；
图4为本发明实施例中的原子力显微测试系统的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，相同的标号将始终被用于表示相同的元件。
本申请提供的样品台包括透明本体及设于透明本体上的夹具，夹具用于将样品固定于透明本体的顶部，透明本体具有一椭球面，样品台还包括一反射层，反射层覆盖于椭球面的表面，透明本体的一侧面设有激光入射点，透明本体的顶面设有检测点，椭球面的长轴的两个焦点分别与激光入射点、检测点重合，从激光入射点入射的激光被反射层反射后从检测点出射。
本申请中的样品台通过在透明本体上设置一椭球面，在椭球面上覆盖反射层，利用椭球面从长轴的一个焦点入射的光束必定从长轴的另一个焦点出射的特性，将椭球面的长轴的两个焦点分别与位于透明本体的一侧面上的激光入射点、位于透明本体的顶面的检测点重合，使得从激光入射点以不同角度入射的激光均可以被反射层反射后从检测点出射，从而能够对入射激光进行精确对准，实现激光位置可控可调。
下面通过具体实施例对本申请的样品台以及原子力显微测试系统的结构进行详细描述，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
参照图1～3，图1为本实施例中的样品台的立体图，图2为本实施例中的样品台的剖面图，图3为本实施例中的样品台的仰视图，本实施例提供的样品台1包括透明本体11及设于透明本体11上的夹具12，夹具12用于将样品2固定于透明本体11的顶部，透明本体11具有一椭球面13，样品台1还包括一反射层14，反射层14覆盖于椭球面13的表面，透明本体11的一侧面设有激光入射点10，透明本体11的顶面设有检测点20，椭球面13的长轴的两个焦点分别与激光入射点10、检测点20重合，从激光入射点10入射的激光被反射层14反射后从检测点20出射。
具体地，透明本体11是由透明材料制成，透明本体11的形状呈柱状，例如，透明本体11的形状为圆柱或正方体，本实施例中的透明本体11的形状为圆柱，反射层14是由高反射镜面材料制成，例如，反射层14的材质为具有高反射率的金属，金属包括银或铝。反射层14可以是通过成膜工艺涂覆于椭球面13表面的涂层，反射层14也可以是单独的膜层结构，此时，反射层14与椭球面13之间还设有一透明粘接层(图未示)，通过粘接层将反射层14粘附在椭球面13的表面。本实施例中的反射层14覆盖整个椭球面13的表面，以使得从激光入射点1入射的激光透过透明本体11后均能够被反射层14反射并从检测点20出射，这里的激光检测点20指的是原子力显微镜的探针的检测点。其中，激光入射点10和检测点20可以通过标记的方式标出，这里不做限定。
为了使得整个样品台1的结构更加紧凑，本实施例中的椭球面13相对于透明本体11的顶部倾斜，具体地，椭球面13的长轴与透明本体11的顶面之间的夹角为30°～80°，由于透明本体11的顶面位于水平面内，这里所说的椭球面13的长轴与透明本体11的顶面之间的夹角指的是椭球面13的长轴与水平面之间的夹角为30°～80°，例如，椭球面13的长轴与透明本体11的顶面之间的夹角为30°、45°、55°、60°、70°、80°。
透明本体11可以是实心结构，此时，椭球面13为透明本体11与反射层14接触的面且该接触面为朝向激光入射点10的接触面，透明本体11也可以是中空结构，通过对透明本体11进行挖空，挖空部位的形状为椭球状，以获得椭球面13，具体地，本实施例中的透明本体11的底部具有一凹部110，凹部110朝向激光入射点10和检测点20的一面为椭球面13，反射层14位于椭球面13背离激光入射点的一侧。
为了外接电学测试仪器(图未示)，夹具12的材质为金属，较佳地，夹具12的材质选自电阻较低的金属中的一种，本实施例中的夹具12的材质为铜。通过夹具12来实现与外接电学测试仪器的连接，可以对样品2加载宏观电学信号，实现宏观性能检测与微区AFM表征的同步结合，在光学激励与宏观电学激励两种方式进行切换时，也不需要更换样品台与样品的接线。
为了便于外接激光入射，激光入射点10所在的侧面111为斜面且朝向透明本体11的中心倾斜，这样，激光入射的角度变化范围更大，从而使得外接激光源(图未示)的操作空间更大，有效改善了操作的便捷性。
本实施例中的夹具12包括两个夹臂120，两个夹臂120设于透明本体11相对的两个侧面上，这里定义设有两个夹臂120的两个侧面为第一侧面112和第二侧面113，两个夹臂120关于激光入射点10对称，第一侧面112、激光入射点10所在的侧面111、第二侧面113依次邻接。通过两个夹臂120对样品2进行物理固定，避免了现有通过胶带或银浆固定样品而影响样品的底部透光性。
为了进一步使得整个样品台1的结构更加紧凑，两个夹臂120所在的两个侧面也为斜面，即第一侧面112、第二侧面113均为斜面且均朝向透明本体11的中心倾斜。
具体地，激光入射点10所在的侧面111、两个夹臂120所在的两个侧面的倾斜角度相等且均为10°～85°，即激光入射点10所在的侧面111、第一侧面112、第二侧面113的倾斜角度相等且均为10°～85°，例如，激光入射点10所在的侧面111、第一侧面112、第二侧面113的倾斜角度均为10°、30°、55°、65°、75°、85°。
本实施例中的两个夹臂120可以是弹簧夹结构或夹片结构，当两个夹臂120为弹簧夹结构时，通过弹簧的弹性形变力来实现对样品2的固定，当两个夹臂120为夹片结构时，通过夹片自身的形变力来实现对样品2的固定，较佳地，为了简化整个样品台1的结构，本实施例中的两个夹臂120为夹片结构，即两个夹臂120均为金属夹片，两个夹臂120的一端分别通过螺钉(图未标)与透明本体11固定，两个夹臂120的另一端分别朝向透明本体11的顶面弯折并抵接于样品2的表面，通过调节两个夹臂120的弯曲程度来实现对不同厚度的样品2进行固定。本实施例中的两个夹臂120弯曲的一端为尖端，其中，两个夹臂120也是倾斜设置且倾斜角度与其所在的第一侧面112、第二侧面113的倾斜角度相等，即两个夹臂120贴设于第一侧面112、第二侧面113上。两个夹臂120可以作为电学测试仪器的电极使用，通过外接引线将两个夹臂与电学测试仪器电性连接，以对样品2施加电场或接地处理，实现电路控制。
本实施例通过在透明本体11中设置一椭球面13，在椭球面13上覆盖反射层14，利用椭球面从长轴的一个焦点入射的光束必定从长轴的另一个焦点出射的特性，将椭球面13的长轴的两个焦点分别与位于透明本体11的一侧面111上的激光入射点10、位于透明本体的顶面的检测点20重合，使得从激光入射点10以不同角度入射的激光均可以被反射层14反射后从检测点20出射，从而能够对入射激光进行精确对准，解决了现有的顶部激光照射方案由于探针针尖的遮挡所导致的照射到样品表面的位置无法与探针的检测位置统一的问题，解决了现有的底部激光照射方案定位困难的问题，实现激光位置可控可调，为进行微区光学激励的原位AFM表征提供了极大的便利。
下面通过一个具体示例来对本实施例中的样品台1的结构进行描述，透明本体11的形状为圆柱状，透明本体11的截面半径为8.5mm，透明本体11的高度为4.2mm，激光入射点10所在的侧面111、第一侧面112、第二侧面113的倾斜角度均为65°，透明本体11上与侧面111对应的另外一个侧面114也为斜面且倾斜角度也为65°，第一侧面112、第二侧面113的中心设有螺孔(图未标)，螺孔的开孔方向垂直于第一侧面112、第二侧面113，螺孔的半径为0.5mm，两个夹臂120上对应设有螺孔，通过螺钉将夹具12固定在透明本体11上。透明本体11的顶面与第一侧面112、第二侧面113重合的两条边之间的间距为13.5mm，透明本体11的顶面与侧面111、侧面114重合的两条边之间的间距也为13.5mm，椭球面13的长轴、中轴、短轴的长度分别为7mm、4mm、2.5mm，椭球面13的长轴与透明本体11的顶面之间的夹角为80°，当外接激光源发射的激光从激光入射点10入射至透明本体11中时被反射层14反射后从检测点20出射并被原子力显微镜的探针探测到。
参照图4，本实施例还提供了一种原子力显微测试系统，所述原子力显微测试系统包括原子力显微镜及如上所述的样品台1，样品台1固定于原子力显微镜的扫描台(图未示)上，原子力显微镜的探针3的检测点为激光检测点20。
具体地，本实施例中的原子力显微镜可以为Cypher S原子力显微镜或Cypher ES原子力显微镜，其中，以Cypher S原子力显微镜为例，其具有开放的样品放置平台，可以十分简易的实现样品台1的安装放置，首先，将样品2通过夹具12固定在透明本体11上，样品台1的底部粘贴在扫描台上，通过在Cypher S原子力显微镜侧面的开窗位置放置外接激光源，通过外接激光光源的万向调节装置调整激光入射位置，使得激光从激光入射点10入射至透明本体11中，由于Cypher S的开放设计，样品台的外接电路控制也十分易于实现，通过导线将夹具12引出Cypher S内腔与外接电学测试仪器连接，外接电学测试仪器可以为信号发生器、电化学工作站、铁电分析仪等。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种样品台，其特征在于，所述样品台包括透明本体及设于所述透明本体上的夹具，所述夹具用于将样品固定于所述透明本体的顶部，所述透明本体具有一椭球面，所述样品台还包括一反射层，所述反射层覆盖于所述椭球面的表面，所述透明本体的一侧面设有激光入射点，所述透明本体的顶面设有检测点，所述椭球面的长轴的两个焦点分别与所述激光入射点和检测点重合，从所述激光入射点入射的激光被所述反射层反射后从所述检测点出射，所述检测点指的是原子力显微镜探针的检测点。
2.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述椭球面的长轴与所述透明本体的顶面之间的夹角为30°~80°。
3.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述透明本体的底部具有一凹部，所述凹部朝向所述激光入射点和所述检测点的一面为所述椭球面。
4.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述夹具的材质为金属。
5.根据权利要求4所述的样品台，其特征在于，所述夹具的材质为铜。
6.根据权利要求1所述的样品台，其特征在于，所述激光入射点所在的侧面为斜面。
7.根据权利要求6所述的样品台，其特征在于，所述夹具包括两个夹臂，所述两个夹臂设于所述透明本体相对的两个侧面上，所述两个夹臂关于所述激光入射点对称。
8.根据权利要求7所述的样品台，其特征在于，所述两个夹臂所在的两个侧面为斜面。
9.根据权利要求8所述的样品台，其特征在于，所述激光入射点所在的侧面和所述两个夹臂所在的两个侧面的倾斜角度相等且均为10°~85°。
10.一种原子力显微测试系统，其特征在于，所述原子力显微测试系统包括原子力显微镜及如权利要求1~9任一项所述的样品台，所述样品台固定于所述原子力显微镜的扫描台上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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