CN113252945A - 用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置，其包括拨叉以及方向移动器，所述拨叉的末端部安装在所述方向移动器上，所述拨叉的前端部具有通孔，并且所述前端部具有连通所述通孔的缺口，所述方向移动器用于在三维方向上对所述拨叉进行移动。还提供了一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的方法。本发明在扫描隧道显微镜对样品进行扫描的过程中，缺口可以穿过探针而使探针处于通孔范围内，这样拨叉可以在不触碰探针的情况下将样品精确地移动到目标位置，从而实现对样品的定位下针，即能够扫描样品的特定位置，进而能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描。

Description

用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法

技术领域

本发明属于扫描隧道显微镜技术领域，具体地讲，涉及一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法。

背景技术

扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，SPM)是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜(原子力显微镜、静电力显微镜、磁力显微镜、扫描离子电导显微镜、扫描电化学显微镜等)的统称，是国际上近些年发展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动控制技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。

目前，使用扫描隧道显微镜对样品进行扫描时，只能对样品随机下针进行随机扫描，并且仅能针对表面均匀一致的样品进行扫描。然而，随着二维材料的出现以及表面处理手段的逐渐丰富，扫描隧道显微镜扫描样品时随机下针已经无法适应表面不均一、性质各异的样品。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种能精确控制样品扫描位置的装置，以使扫描隧道显微镜能对样品进行定位下针，同时还能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描。为此，本发明提供了一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法。

根据本发明的实施例的一方面提供的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置，所述装置包括拨叉以及方向移动器，所述拨叉的末端部安装在所述方向移动器上，所述拨叉的前端部具有通孔，并且所述前端部具有连通所述通孔的缺口，所述方向移动器用于在三维方向上对所述拨叉进行移动。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述方向移动器包括：Z方向移动台、Y方向移动台以及X方向移动台，所述Y方向移动台和X方向移动台彼此叠层固定并且固定于所述Z方向移动台上，所述拔叉的末端部固定安装在距离所述Z方向移动台最远的移动台上。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述方向移动器还包括：Z方向螺旋测微器、Y方向螺旋测微器以及X方向螺旋测微器，所述Z方向螺旋测微器用于控制所述Z方向移动台沿Z方向的移动距离，所述Y方向螺旋测微器用于控制所述Y方向移动台沿Y方向的移动距离，所述X方向螺旋测微器用于控制所述X方向移动台沿X方向的移动距离。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述拔叉由非磁性材料制成。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述前端部设置所述缺口的位置距离所述末端部最远。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述拨叉呈扁平状。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述拨叉呈以所述末端部和所述前端部之间的一连线为对称轴的轴对称图形。

在上述一方面提供的装置的一个示例中，所述通孔的直径略大于所述样品的最大距离，所述样品的最大距离指的是所述样品上相距最远的两个点之间的距离。

根据本发明的实施例的另一方面提供的用于扫描隧道显微镜中移动样品的方法，其使用上述的装置对所述样品进行移动；其中，使用所述装置对所述样品进行移动的方法包括：在将所述样品置于所述扫描隧道显微镜的载物台之后，所述方向移动器控制所述拔叉移动，以使所述拔叉的缺口穿过所述扫描隧道显微镜的探针，从而所述拔叉进入所述扫描隧道显微镜的内部，且所述拔叉的通孔位于所述样品的上方；所述方向移动器控制所述拔叉朝向所述样品移动，以使所述通孔套设于所述样品的外周；所述方向移动器控制所述拔叉移动，以带动所述样品进行移动，从而使所述样品位于目标位置。

在上述一方面提供的方法的一个示例中，使用所述装置对所述样品进行移动的方法还包括：在将所述样品移动至所述目标位置之后，所述方向移动器控制所述拔叉沿远离所述样品的方向移动；所述方向移动器控制所述拔叉移动，以使所述拔叉的缺口穿过所述扫描隧道显微镜的探针，从而使所述拔叉从所述扫描隧道显微镜的内部退出。

有益效果：本发明在扫描隧道显微镜对样品进行扫描的过程中，缺口可以穿过探针而使探针处于通孔范围内，这样拨叉可以在不触碰探针的情况下将样品精确地移动到目标位置，从而实现对样品的定位下针，即能够扫描样品的特定位置，进而能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置的立体图；

图2是图1所示的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置的侧视图；

图3是根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置对样品进行移动的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。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。

如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。

如背景技术所述，在现有技术中，使用扫描隧道显微镜对样品进行扫描时，只能对样品随机下针进行随机扫描，并且仅能针对表面均匀一致的样品进行扫描。然而，随着二维材料的出现以及表面处理手段的逐渐丰富，扫描隧道显微镜扫描样品时随机下针已经无法适应表面不均一、性质各异的样品。为了使扫描隧道显微镜能对样品进行定位下针，同时还能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描，根据本发明的实施例提供了一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法。该装置包括拨叉以及方向移动器，所述拨叉的末端部安装在所述方向移动器上，所述拨叉的前端部具有通孔，并且所述前端部具有连通所述通孔的缺口，所述方向移动器用于在三维方向上对所述拨叉进行移动。

因此，在扫描隧道显微镜对样品进行扫描的过程中，所述缺口可以穿过探针而使探针处于通孔范围内，这样拨叉可以在不触碰探针的情况下将样品精确地移动到目标位置，从而实现对样品的定位下针，即能够扫描样品的特定位置，进而能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描。

以下将结合附图来详细描述根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法。

图1是根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置的立体图。图2是图1所示的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置的侧视图。

参照图1和图2，根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置包括拔叉10和方向移动器20。其中，拔叉10的末端部安装在方向移动器20上，拨叉10的前端部具有通孔11，并且方向移动器20具有连通通孔11的缺口12，而方向移动器20用于在三维方向上对拔叉10进行移动。

具体地，方向移动器20包括：Z方向移动台21、Y方向移动台22以及X方向移动台23，Y方向移动台22以及X方向移动台23彼此叠层固定并且固定于Z方向移动台21上，拔叉10的末端部固定安装在距离Z方向移动台21最远的移动台上。

在本实施例中，X方向移动台23固定设置于Z方向移动台21上，而Y方向移动台22固定设置于X方向移动台23上，因此距离Z方向移动台21最远的移动台为Y方向移动台22。也就是说，拔叉10的末端部固定安装在Y方向移动台22上。

在另一个示例中，X方向移动台23和Y方向移动台22的位置互换。换句话说，Y方向移动台22固定设置于Z方向移动台21上，而X方向移动台23固定设置于Y方向移动台22上，因此距离Z方向移动台21最远的移动台为X方向移动台23。因此，拔叉10的末端部固定安装在X方向移动台23上。

进一步地，在一个示例中，为了对各方向移动台的移动距离进行精确控制，方向移动器20还可以包括：Z方向螺旋测微器24、Y方向螺旋测微器25以及X方向螺旋测微器26。其中，Z方向螺旋测微器24用于控制Z方向移动台21沿Z方向的移动距离，Y方向螺旋测微器25用于控制Y方向移动台22沿Y方向的移动距离，X方向螺旋测微器26用于控制X方向移动台23沿X方向的移动距离。在一个示例中，螺旋测微器是带旋钮的千分尺(micrometer)。

此外，在一个示例中，拔叉10由非磁性材料制成。如此，可以避免拨叉10在进入扫描隧道显微镜之后对扫描隧道显微镜的部件造成磁性影响。

进一步地，在一个示例中，拔叉10的前端部设置缺口12的位置距离拔叉10的末端部最远。也就是说，在拨叉10的最前端设置所述缺口12。

在一个示例中，拔叉10呈扁平状。如此，扁平状的拔叉10意味着其在狭小的扫描隧道显微镜的扫描头内部有合适的空间来活动。进一步地，在一个示例中，拔叉10呈以拔叉10的末端部和拔叉10的前端部之间的一连线为对称轴的轴对称图形。因此，通孔11和缺口12均是以该对称轴而呈轴对称图像。

为了使拨叉10能够对样品进行移动，在本实施例中，通过11的直径略大于样品的最大距离，其中，所述样品的最大距离指的是所述样品上相距最远的两个点之间的距离。换句话说，如果样品呈圆形，那么样品的最大距离指的是圆形的直径；如果样品呈方形，那么样品的最大距离指的是方形的对角线长度。

图3是根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置对样品进行移动的示意图。在图3中，示出了三幅图，它们分别被称为左图、中图和右图。

参照图3，利用图1和图2所述的装置在扫描隧道显微镜对样品进行扫描的过程中移动所述样品，具体方法包括：

首先，参照左图，将样品7置于扫描隧道显微镜的载物台8上；

其次，参照中图，在将样品7置于扫描隧道显微镜的载物台8之后，方向移动器20控制拔叉10移动，以使拔叉10的缺口12穿过扫描隧道显微镜的扫描头6内的探针5，从而拔叉10进入扫描隧道显微镜的内部，且拔叉10的通孔11位于样品7的上方；

接着，参照右图，方向移动器20控制拔叉10朝向样品7移动，以使通孔11套设于样品7的外周；

接着，继续参照右图，方向移动器20控制拔叉10移动，以带动样品7进行移动，从而使样品7位于目标位置。如此，在扫描隧道显微镜对样品7的一目标区域进行扫描完毕之后，可以移动样品7，从而使扫描隧道显微镜对样品7的另一目标区域进行扫描，进而可以实现样品7被扫描的过程中移动样品7的目的。

此外，在样品7被完全扫描之后，利用图1和图2所述的装置对样品7进行移动的方法还包括：

首先，方向移动器20控制拔叉10沿远离样品7的方向移动；

其次，方向移动器20控制拔叉10移动，以使拔叉10的缺口12穿过扫描隧道显微镜的探针5，从而使拔叉10从扫描隧道显微镜的内部退出。

综上所述，根据本发明的实施例的用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置和方法，在扫描隧道显微镜对样品进行扫描的过程中，缺口可以穿过探针而使探针处于通孔范围内，这样拨叉可以在不触碰探针的情况下将样品精确地移动到目标位置，从而实现对样品的定位下针，即能够扫描样品的特定位置，进而能针对表面不均一、性质各异的样品进行扫描。

上述对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。

在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。

以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。

本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的装置，其特征在于，所述装置包括拨叉以及方向移动器，所述拨叉的末端部安装在所述方向移动器上，所述拨叉的前端部具有通孔，并且所述前端部具有连通所述通孔的缺口，所述方向移动器用于在三维方向上对所述拨叉进行移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方向移动器包括：Z方向移动台、Y方向移动台以及X方向移动台，所述Y方向移动台和X方向移动台彼此叠层固定并且固定于所述Z方向移动台上，所述拔叉的末端部固定安装在距离所述Z方向移动台最远的移动台上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述方向移动器还包括：Z方向螺旋测微器、Y方向螺旋测微器以及X方向螺旋测微器，所述Z方向螺旋测微器用于控制所述Z方向移动台沿Z方向的移动距离，所述Y方向螺旋测微器用于控制所述Y方向移动台沿Y方向的移动距离，所述X方向螺旋测微器用于控制所述X方向移动台沿X方向的移动距离。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拔叉由非磁性材料制成。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前端部设置所述缺口的位置距离所述末端部最远。

6.根据权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述拨叉呈扁平状。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拨叉呈以所述末端部和所述前端部之间的一连线为对称轴的轴对称图形。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔的直径略大于所述样品的最大距离，所述样品的最大距离指的是所述样品上相距最远的两个点之间的距离。

9.一种用于扫描隧道显微镜中移动样品的方法，其特征在于，使用权利要求1至8任一项所述的装置对所述样品进行移动；其中，使用所述装置对所述样品进行移动的方法包括：

在将所述样品置于所述扫描隧道显微镜的载物台之后，所述方向移动器控制所述拔叉移动，以使所述拔叉的缺口穿过所述扫描隧道显微镜的探针，从而所述拔叉进入所述扫描隧道显微镜的内部，且所述拔叉的通孔位于所述样品的上方；

所述方向移动器控制所述拔叉朝向所述样品移动，以使所述通孔套设于所述样品的外周；

所述方向移动器控制所述拔叉移动，以带动所述样品进行移动，从而使所述样品位于目标位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用所述装置对所述样品进行移动的方法还包括：

在将所述样品移动至所述目标位置之后，所述方向移动器控制所述拔叉沿远离所述样品的方向移动；

所述方向移动器控制所述拔叉移动，以使所述拔叉的缺口穿过所述扫描隧道显微镜的探针，从而使所述拔叉从所述扫描隧道显微镜的内部退出。

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