CN112666369A

CN112666369A - 原子力显微镜系统

Info

Publication number: CN112666369A
Application number: CN202011556763.6A
Authority: CN
Inventors: 赵亮兵; 陈天赐; 尹明魁
Original assignee: Guangzhou Zhongyuan Instrument Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Zhongyuan Instrument Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112666369B

Abstract

本申请涉及一种原子力显微镜系统，原子力显微镜系统将第一电极作为导电针尖的引出电极，不需要采用单独的细金属线或新增的金属膜电极即可将导电针尖的电信号引出，可简化石英音叉型探针引线结构，显著降低导电探针制备的难度。为了克服两个电极之间的信号干扰，将激励信号转变为对于针尖和样品的共模信号，即：将激励信号同时施加到第一电极和样品上。由于电极共用，激励信号信号实际上也施加到了导电针尖上。这样，导电针尖和样品之间的电势差等于第一样偏压信号，而不会受到激励信号的影响。另外，导电针尖的偏压信号为零，因此可以避免导电针尖的偏压信号对激励信号的影响，进而克服了偏压电信号和激发信号之间的串扰。

Description

原子力显微镜系统

技术领域

本申请涉及原子力显微技术领域，特别是涉及一种原子力显微镜系统。

背景技术

原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)能够对样品的形貌进行成像。AFM还能够对样品局域表面电势、电荷、载流子密度、导电性等进行高分辨的测量和成像。

基于石英音叉(QTF)的自感应型AFM探针具有可以自激发和自检测的特点，因而结构简单、使用方便。在基于QTF的AFM探针中，其探针的针尖通常采用钨(W)或铂/铱(PtIr)等金属的细丝形成尖锐的针尖。在基于石英音叉的原子力显微镜探针中，石英音叉的叉臂上虽然已有两个电极，但这两个电极已用于偏转信号的检测(一个电极是压电响应信号的输出端，另一个电极是压电响应信号的参考端)，如果用这两个电极做针尖信号的引出电极，则这两个电极之间会存在严重的信号干扰。

发明内容

基于此，本申请针对上述技术问题，提供一种原子力显微镜系统。

本申请提供一种原子力显微镜系统，包括：

音叉，包括间隔设置的第一叉臂和第二叉臂；

第一电极，设置于所述第一叉臂的特定电极区，同时也连接到第二叉臂的部分区域；

第二电极，设置于所述第二叉臂的特定电极区，同时也连接到第一叉臂的部分区域，但与第一电极是不同的电极；

导电针尖，设置于所述第一叉臂的自由端，所述导电针尖与所述第一电极的第一端连接；

处理电路，所述处理电路的激励信号输出端与所述第一电极的第二端连接，所述处理电路的响应信号输入端与所述第二电极连接；以及

导电样品台，分别与所述处理电路的激励信号输出端和处理电路的第一偏压信号输出端连接。

在其中一个实施例中，所述处理电路的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极的第二端和所述第二电极连接。

在其中一个实施例中，所述音叉还包括基部，所述第一叉臂的固定端和所述第二叉臂的固定端间隔设置于所述基部，还包括：

屏蔽体，与所述基部固定连接，并与所述处理电路的第二偏压信号的输出端连接。

在其中一个实施例中，还包括：

电容补偿电路，所述电容补偿电路的输入端与所述处理电路的激励信号输出端连接，所述电容补偿电路的输出端与所述第二电极连接。

在其中一个实施例中，所述第一偏压信号和所述第二偏压信号采用直流信号、正弦波信号或者任意波形信号中的一种或者多种。

在其中一个实施例中，所述第一电极的结构与所述第二电极的结构相对于所述音叉的轴向中心具有对称性，使得第一叉臂和第二叉臂的机械振动相对于所述音叉的轴向中心具有对称性。

基于相同的发明构思，本申请提供一种原子力显微镜系统，包括：

音叉，包括间隔设置的第一叉臂和第二叉臂；

处理电路，所述处理电路的激励信号输出端与所述第一电极的第二端连接，所述处理电路的响应信号输入端与所述第二电极连接，所述处理电路的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极的第二端和所述第二电极连接；以及导电样品台，与所述处理电路的激励信号输出端连接。

在其中一个实施例中，还包括：

在其中一个实施例中，所述第二偏压信号采用直流信号、正弦波信号或者任意波形信号中的一种或者多种。

上述原子力显微镜系统中，包括音叉、第一电极、第二电极、导电针尖、处理电路以及导电样品台。第一电极设置所述第一叉臂的特定电极区，同时也连接到第二叉臂的部分区域。第二电极设置于所述第二叉臂的特定电极区，同时也连接到第一叉臂的部分区域。但第二电极与第一电极是不同的电极。导电针尖设置于所述第一叉臂的自由端。所述导电针尖与所述第一电极的第一端连接。所述处理电路的激励信号输出端与所述第一电极的第二端连接。所述处理电路的响应信号输入端与所述第二电极连接。导电样品台分别与所述处理电路的激励信号输出端和处理电路的第一偏压信号输出端连接。本申请将第一电极作为导电针尖的引出电极，不需要采用单独的细金属线或新增的金属膜电极即可将导电针尖的电信号引出，可简化QTF探针引线结构，显著降低导电探针制备的难度。为了克服两个电极之间的信号干扰，将激励信号转变为对于针尖和样品的共模信号，即：将激励信号同时施加到第一电极和样品上。由于电极共用，激励信号实际上也施加到了导电针尖上。这样，导电针尖和样品之间的电势差等于第一样偏压信号，而不会受到激励信号的影响。另外，导电针尖的偏压信号为零，因此可以避免导电针尖的偏压信号对激励信号的影响，进而克服了偏压电信号和激发信号之间的串扰。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的原子力显微镜系统结构示意图；

图2为本申请另一个实施例提供的原子力显微镜系统结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的样品信号处理电路的结构示意图；

图4为本申请再一个实施例提供的原子力显微镜系统结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的前置共模信号处理电路结构示意图；

图6为本申请又一个实施例提供的原子力显微镜系统结构示意图。

主要元件附图标号说明

10、探针；11、音叉；111第一叉臂；112、第二叉臂；113、基部；12、第一电极；13第二电极；14、导电针尖；15、屏蔽体；16、平衡调节装置；20、处理电路；21、控制器、22、响应信号前置电路；23、针尖信号处理电路；24、前置共模信号处理电路；25、样品信号处理电路；26、电容补偿电路；30、导电样品台；31、待测样品。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在基于石英音叉的原子力显微镜探针中，其探针的针尖通常采用钨(W)或铂/铱(PtIr)等金属的细丝、电化学刻蚀的方式形成尖锐的针尖。因此，针尖本身是导电的。石英音叉的叉臂相当于微悬臂。微悬臂的偏转检测通过检测叉臂的电极上的电荷来实现。石英音叉的叉臂上虽然已有两个电极，但这两个电极已用于偏转信号的检测(一个电极是压电响应信号的输出端，另一个电极是压电响应信号的参考端)，因此叉臂上原有的两个电极通常并不能同时用作针尖电信号的连接电极。传统的技术通常采用单独的细金属线将针尖信号引出。

采用单独的细金属线将针尖信号引出存在的技术问题主要有三点：

第一，在安装了该金属线后，石英音叉的品质因数(Q值)会有所降低。特别是在大气环境下其Q值会更低，将严重影响传感信号检测的灵敏度，甚至导致这种探针不能在大气环境下使用(目前采用上述现有技术的导电探针都是在真空环境下使用的)。

第二，探针制作过程复杂，难以商业化生产和应用。这是因为，该金属线安装连接的步骤较多、操作的精度要求高，且由于导电金属线的中间部分无法固定，在运输和使用时容易出现损坏或不稳定的情况。

第三，在QTF探针中，该金属线的安装位置受限，在QTF探针采用某些机械结构时甚至可能无法安装。对于qPuls探针而言，由于探针基座通常位于针尖的上方(因为另一个音叉叉臂就固定在探针基座上)，该细金属线并不需要很长，安装相对简单。然而，当两个叉臂均有一端是自由的，探针基座位于音叉颈部的一侧，该细金属线需要从针尖附近一直延伸到探针基座，其长度较长，而且其中间部分有无法固定或支撑，在重力作用下会自然下垂，很容易与下方的被测样品的表面发生接触、导致细金属线的损坏或影响正常使用。

可见，对于平两个叉臂均有一端是自由的机械结构，现有的采用单独的金属线引出电极的方法不仅使用不方便，而且不利于该探针的批量化生产。因此，迫切需要一种新的技术来实现导电针尖的电信号的引出。

基于此，请参见图1，本申请提供一种原子力显微镜系统。上述原子力显微镜系统包括探针10、导电样品台30以及处理电路20。上述探针10包括音叉11、第一电极12、第二电极13以及导电针尖14。音叉11包括第一叉臂111、第二叉臂112以及连接第一叉臂111和第二叉臂112的基部113。其中基部113作为探针10基座。第一电极12设置于所述音叉11的第一叉臂111的特定电极区。同时第一电极12也连接到第二叉臂112的部分区域。第二电极13设置于所述音叉11的第二叉臂112的特定电极区。同时第二电极13也连接到第一叉臂111的部分区域，但第二电极13与第一电极12是不同的电极。具体地，第一叉臂111的第一表面与所述基部113接触。第一叉臂111的第二、第三、第四以及第五表面均与所述第一叉臂111的第一表面相邻。其中，第一叉臂111的第二表面与第一叉臂111的第三表面相对(上、下面)，第一叉臂111的第四表面与第一叉臂111的第五表面相对(前、后面)。每一个表面的特定电极区设置一块子电极。并且，第一叉臂111的第二表面的子电极与第一叉臂111的第三表面子电极连接；第一叉臂111的第四表面的子电极与第一叉臂111的第五表面子电极连接。与第一叉臂相似的是，第二叉臂112上相同位置上分布着四块子电极。并且，第一叉臂111的上、下面的子电极与第二叉臂112的前、后面的子电极连接形成第一电极12；第一叉臂111的前、后面的子电极与第二叉臂112的上、下面的子电极连接形成第二电极13。导电针尖14设置于所述第一叉臂111的自由端。所述导电针尖14与所述第一电极12的第一端连接。所述处理电路20的激励信号输出端与所述第一电极12的第二端连接。所述处理电路20的响应信号输入端与所述第二电极13连接。导电样品台30分别与所述处理电路20的激励信号输出端和处理电路20的第一偏压信号输出端连接。

可以理解的是，音叉11的制备材料可以采用石英晶体。可以通过定制或者现有的中心频率为32.768kHz为的圆柱型晶振产品去壳获得上述音叉11。可选地，可以选择外径3mm、长度8mm的晶振，去壳后得到总长度为6mm的音叉11。实施例中所有探针10的基础制作材料均选用YXC公司(深圳杨兴科技)生产的型号为YT-38的音叉11。

可以理解的是，导电针尖14的材料不做具体限定。可选地，导电针尖14的材料可以为钨或者铂铱丝。可选地，利用电化学腐蚀法、机械剪切法或者微纳加工方法将直径为0.05mm-0.1mm的钨丝的前端制成针尖尖端的的形状。可选地，导电针尖的材料可采用硅、氮化硅、或金刚石，利用微纳加工方法将前端制成针尖尖端的的形状并蒸镀导电层以使针尖导电。针尖与第一叉臂111的自由端的粘接方式可以采用垂直力模式、剪切力模式或成其它角度的粘合方式。

导电针尖14与第一电极12可以通过压接或者通过导电胶粘接的方式连接。可选地，采用导电环氧树脂或银胶为粘结剂，将导电针尖14与第一电极12相连接。在可选地实施例中，所用粘接剂为一种商品化的、添加了金颗粒的导电树脂。导电针尖14与第一电极12连接实现了电极的复用，即第一电极12既是激励信号的连接电极，又是导电针尖14的连接电极。第二电极13是压电响应的输出电极。

可以理解的是，待测样品31可以通过导电材料(如导电银浆、导电树脂、或导电双面胶)固定在导电样品台30。第一偏压信号和激励信号通过导电样品台30施加至待测样品31的底部。

可以理解的是，处理电路20的具体结构不做具体限定，只要可以实现将第一偏压信号和激励信号施加到导电样品台30，将激励信号施加到第一电极12上，并接收第二电极13的压电信号即可。

请参见图2，处理电路20可以包括控制器21、响应信号前置电路22以及样品信号处理电路25。控制器21可以输出第一偏压信号和激励信号。控制器21还可以接收响应信号前置电路22输出的响应信号，以及完成导电原子力显微镜的信号处理、扫描和控制等功能。

响应信号前置电路22的具体结构不做限定，只要可以将第二电极13输出压电信号进行转换和放大，以电压的形式输出给控制器21即可。压电信号可以为电流信号。可选地，请参见图5，响应信号前置电路22可以采用图5中电流电压转换电路。

样品信号处理电路25的具体结构不做限定，只要可以将激励信号和第一偏压信号进行线性叠加后输出到导电样品台30上即可。样品信号处理电路25将激励信号转变为导电针尖14和待测样品31之间的共模信号，不会影响实际的导电针尖14-待测样品31间偏压。可选地，样品信号处理电路25可以采用如图3所示的同相加法电路。

可以理解的是，第一偏压信号和激励信号均可分别采用直流或交流信号，正弦波或任意波形信号，周期性或非周期信号，或它们的任意组合。所述第一偏压信号可以为0V。所检测的响应信号可为直流或交流、单频率或多频率、或与激励或样品特性对应的信号，或其任意组合。因此，原子力显微镜系统的连接方式和测量方法可以有很多种，并且可以任意组合。本实施采用样品偏压方式实施偏压信号。

可选地，探针10还包括屏蔽体15和平衡调节装置16。屏蔽体15与所述音叉11的基部113固定连接。平衡调节装置16设置于所述第二叉臂112的自由端。所述平衡调节装置16的质量与所述针尖的质量相同或相近。

可以理解的是，屏蔽体15常指探针10的外壳或靠近叉臂或导电针尖14的导电体，如探针10的导电支架或屏蔽罩。在未安装导电针尖14的叉臂上粘接平衡调节装置16以实现叉臂附加质量的再平衡。平衡调节装置16的一个优选的方案是采用与导电针尖14同样或相近规格的微纳加工针尖，用相同的结合剂进行粘接。平衡调节装置16的粘接方向及部位必须与导电针尖14的粘合方向及部位保持对称，即相对于两个叉臂轴向中心旋转180度后的对称位置(也就是说在分别在两个叉臂上的粘合区域的连线刚好经过音叉11的轴向中心)。这样做可以使得探针10测量时所用机械振动模式尽可能地对称性，从而有利于探针10的Q值的提高。可选地，为了确保音叉11的对称性，提高探针10的Q值，所述第一电极12的结构(形状和大小)与所述第二电极13的结构(形状和大小)相对于所述音叉11的轴向中心具有对称性，使得第一叉臂和第二叉臂的机械振动相对于所述音叉的轴向中心具有对称性。

可以理解的是，本实施例中，由于导电针尖14的偏压信号为零，因此屏蔽体15及响应信号前置电路22的参考端可直接接地。

在其中一个实施例中，处理电路20还包括电容补偿电路26。所述电容补偿电路26的输入端与所述处理电路20的激励信号输出端连接。所述电容补偿电路26的输出端与所述第二电极13连接。音叉11的寄生电容的主要来源于两电极的极间寄生电容，以及探针10固定夹具和导线的寄生电容。电容补偿电路26用于对上述寄生电容进行补偿，以使探针10获得更好的机械振动的特性。可选地，电容补偿电路26的具体结构请参见图5中电容补偿电路26。

本申请将第一电极12作为导电针尖14的引出电极，不需要采用单独的细金属线或新增的金属膜电极即可将导电针尖14的电信号引出，可简化探针10引线结构，显著降低导电探针10制备的难度。为了克服两个电极之间的信号干扰，将激励信号转变为对于针尖和样品的共模信号，即：将激励信号同时施加到第一电极12和样品上。由于电极共用，激励信号信号实际上也施加到了导电针尖14上。这样，导电针尖14和样品之间的电势差等于第一样偏压信号，而不会受到激励信号的影响。另外，导电针尖14的偏压信号为零，因此可以避免导电针尖14的偏压信号对激励信号的影响，进而克服了偏压电信号和激发信号之间的串扰。

在其中一个实施例中，所述处理电路20的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极12的第二端和所述第二电极13连接。此时，屏蔽体15与所述处理电路20的第二偏压信号的输出端连接。

本实施例中，处理电路20除了要可以实现将第一偏压信号和激励信号施加到导电样品台30，将激励信号施加到第一电极12上，并接收第二电极13的压电信号之外，处理电路20还要可以将第二偏压信号施加到第一电极12、第二电极13以及屏蔽体15上。

具体的，请参见图4，处理电路20还包括针尖信号处理电路23和前置共模信号处理电路24。

针尖信号处理电路23的具体结构不做限定，只要可以将激励信号和第二偏压信号进行线性叠加后输出到第一电极12上，从而施加到导电针尖14即可。可选地，针尖信号处理电路23的输出级可以采用图5中的前级衰减电路。

前置共模信号处理电路24的具体结构不做限定，只要可以将控制器21输出的第二偏压信号转变为响应信号前置电路22的共模信号即可。即：相当于将第二偏压信号叠加到了第二电极13上。这样做的目的是第二偏压信号转变为第一电极12和第二电极13之间的共模信号，不会影响探针10的机械振动及其响应信号的检测。可选地，前置共模信号处理电路24的结构请参见图5中的前置共模信号处理电路24的结构。

第二偏压信号被等效的、同时施加到探针10的两个电极上。一方面，第二偏压信号与激励信号通过针尖信号处理电路23(在具体电路方面，可采用同相加法电路)，施加在第一电极12(施加激励信号的电极)上。另一方面，第二偏压信号与原来的电流电压转换电路的参考电位(地电平)通过前置共模信号处理电路24(在具体电路方面，可将第二偏压信号直接施加前置共模信号处理电路24中的运算放大器的同相输入端，如图5所示)，等效施加在第二电极13(检测音叉11响应信号的电极)上，使得第二电极13的电位由原来的虚地变为与导电针尖14的偏压一致。这样，第一电极12和第二电极13之间的电位差与没有施加第二偏压信号之前是一样的，也就是所叠加的第二偏压信号对于探针10的两个电极来说是共模信号。

另外，为了避免探针10周围的屏蔽体15的杂散电容对探针10及其导电针尖14的影响，将探针10及其导电针尖14的附近的屏蔽体15(也包括其它电气相关部件)的电位也设置为导电针尖14的偏压。因此，图4中还将第二偏压信号连接到了探针10的屏蔽体15上。

对于图4中的响应信号前置电路22，原来接地的集成运算放大器的同相输入端的电位变为与导电针尖14的偏压相同，因此，第二电极13的电位也由虚地变为与导电针尖14的偏压相同。假如响应信号前置电路22的集成运算放大器的共模抑制比足够大，那么该响应信号前置电路22的输出电压与叠加共模电压之前相比没有变化(与输入电流成正比，对应于音叉11的叉臂偏转的形变量)，因此，原来的输入输出关系不会改变。该电压信号输出到原子力显微镜的控制器21做进一步的处理。

第二偏压信号和第一偏压信号一样，可以包含直流电压信号，也可以包含交流电压信号，或多个不同频率的信号的混合。需要说明的是，在探针10的测量应用中，实际产生作用的信号通常都是导电针尖14和待测样品31之间的电压差。因此，在探针10的测量应用中，一般需要测量或控制的物理量是导电针尖14和待测样品31之间的偏压之差。原理上，可采用针尖接地或样品接地的形式，或二者均不接地的形式。

为了方便理解和使用，导电针尖14和待测样品31之间的电压差通常应该等于针尖的偏置电压和样品的偏置电压之差。但是，如图4所示，实际施加在导电针尖14上的电压信号是针尖偏压信号和音叉11激励信号之和。因此，在本申请的技术方案中，还设置了样品信号处理电路25，将第一偏压信号和音叉11激励信号进行叠加后再输出作为实际输出的样品偏压。这样，导电针尖14和待测样品31之间实际的电压差仍然等于控制器21输出的第二偏置电压信号和第一偏置电压信号之差。这与通常原子力显微镜中的偏压信号和激励信号的含义和连接情况是一致的。也就是说，对于导电针尖14和待测样品31来而言激励信号相当于变成了导电针尖14和待测样品31的共模信号，不会改变导电针尖14和待测样品31之间的电压差。

请参见图6，基于相同的发明构思，本申请提供一种原子力显微镜系统。上述原子力显微镜系统包括探针10、导电样品台30以及处理电路20。上述探针10包括音叉11、第一电极12、第二电极13以及导电针尖14。音叉11包括第一叉臂111、第二叉臂112以及连接第一叉臂111和第二叉臂112的基部113。其中基部113作为探针10基座。第一电极12设置于所述音叉11的第一叉臂111的特定电极区。同时第一电极12也连接到第二叉臂112的部分区域。第二电极13设置于所述音叉11的第二叉臂112的特定电极区。同时第二电极13也连接到第一叉臂111的部分区域，但第二电极13与第一电极12是不同的电极。导电针尖14设置于所述第一叉臂111的自由端。所述导电针尖14与所述第一电极12的第一端连接。所述处理电路20的激励信号输出端与所述第一电极12的第二端连接，所述处理电路20的响应信号输入端与所述第二电极13连接。所述处理电路20的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极12的第二端和所述第二电极13连接。导电样品台30与所述处理电路20的激励信号输出端连接。

可以理解的是，本实施例中的探针10的结构、导电样品台30的结构以及处理电路20的结构与上述实施例中的探针10的结构、导电样品台30的结构以及处理电路20的结构相似，仅是改变部分连接关系。

本实施例中，第二偏压信号被等效的、同时施加到探针10的两个电极上。一方面，第二偏压信号与激励信号通过针尖信号处理电路23(在具体电路方面，可采用同相加法电路)，施加在第一电极12(施加激励信号的电极)上。另一方面，第二偏压信号与原来的电流电压转换电路的参考电位(地电平)通过前置共模信号处理电路24(在具体电路方面，可将第二偏压信号直接施加前置共模信号处理电路24中的运算放大器的同相输入端，如图5所示)，等效施加在第二电极13(检测音叉11响应信号的电极)上，使得第二电极13的电位由原来的虚地变为与导电针尖14的偏压一致。这样，第一电极12和第二电极13之间的电位差与没有施加第二偏压信号之前是一样的，也就是所叠加的第二偏压信号对于探针10的两个电极来说是共模信号。

此外激励信号被施加到导电样品台30上，进而施加到待测样品31上，使得激励信号转变为导电针尖14和待测样品31之间的共模信号，不会影响实际的导电针尖14-待测样品31间偏压。

本实施中，将第一电极12作为导电针尖14的引出电极，不需要采用单独的细金属线或新增的金属膜电极即可将导电针尖14的电信号引出，可简化探针10引线结构，显著降低导电探针10制备的难度。为了克服两个电极之间的信号干扰，将激励信号转变为对于针尖和样品的共模信号，即：将激励信号同时施加到第一电极12和样品上。由于电极共用，激励信号信号实际上也施加到了导电针尖14上。这样，导电针尖14和样品之间的电势差等于第二样偏压信号，而不会受到激励信号的影响。另外，将第二偏压信号施加到探针10的两个电极上，使得第二电极13的电位由原来的虚地变为与导电针尖14的偏压一致。这样，第一电极12和第二电极13之间的电位差与没有施加第二偏压信号之前是一样的，也就是所叠加的第二偏压信号对于探针10的两个电极来说是共模信号。因此可以避免导电针尖14的偏压信号对激励信号的影响，进而克服了偏压电信号和激发信号之间的串扰。

另外，为了避免探针10周围的屏蔽体15的杂散电容对探针10及其导电针尖14的影响，将探针10及其导电针尖14的附近的屏蔽体15(也包括其它电气相关部件)的电位也设置为导电针尖14的偏压。因此，图6中还将第二偏压信号连接到了探针10的屏蔽体15上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种原子力显微镜系统，其特征在于，包括：

音叉，包括间隔设置的第一叉臂和第二叉臂；

2.根据权利要求1所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述处理电路的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极的第二端和所述第二电极连接。

3.根据权利要求2所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述音叉还包括基部，所述第一叉臂的固定端和所述第二叉臂的固定端间隔设置于所述基部，还包括：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的原子力显微镜系统，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求3所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述第一偏压信号和所述第二偏压信号均采用直流信号、正弦波信号或者任意波形信号中的一种或者多种。

6.根据权利要求1所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述第一电极的结构与所述第二电极的结构相对于所述音叉的轴向中心具有对称性，使得第一叉臂和第二叉臂的机械振动相对于所述音叉的轴向中心具有对称性。

7.一种原子力显微镜系统，其特征在于，包括：

音叉，包括间隔设置的第一叉臂和第二叉臂；

处理电路，所述处理电路的激励信号输出端与所述第一电极的第二端连接，所述处理电路的响应信号输入端与所述第二电极连接，所述处理电路的第二偏压信号的输出端分别与所述第一电极的第二端和所述第二电极连接；以及

导电样品台，与所述处理电路的激励信号输出端连接。

8.根据权利要求7所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述音叉还包括基部，所述第一叉臂的固定端和所述第二叉臂的固定端间隔设置于所述基部，还包括：

9.根据权利要求7所述的原子力显微镜系统，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求7所述的原子力显微镜系统，其特征在于，所述第二偏压信号采用直流信号、正弦波信号或者任意波形信号中的一种或者多种。