CN117825767B - 单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的导通控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电学检测技术领域，特别公开一种单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的导通控制方法，其中，所述单分子器件探针进针装置包括基座、宏动机构及微动机构；所述宏动机构设于所述基座，所述微动机构设于所述宏动机构；所述微动机构安装有探针和单分子器件中二者之一，所述宏动机构安装有所述探针和所述单分子器件中二者之另一；所述宏动机构和所述微动机构运动，并带动所述探针和所述单分子器件相互靠近，以使所述探针与所述单分子器件接触导通。本发明技术方案无需设置高精度仪器和极端实验环境也能实现单分子器件探针进针的动作，进而降低单分子器件的电学检测难度。

Description

单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的 导通控制方法

技术领域

本发明涉及电学检测技术领域，特别涉及一种单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的导通控制方法。

背景技术

目前，单分子器件的研究得到了广泛关注和迅速发展。单分子器件是指由单个分子构成的功能性器件，其尺寸小到能够观察量子效应的级别。这些器件具有许多独特的特性，例如高灵敏度、高选择性和低功耗，因此在许多领域都具有应用潜力。在单分子电子器件方面，研究人员已经成功地将单个分子构建为可控制的导电通道，实现了分子级别的电流传输。这些器件在纳米电子学、信息存储和量子计算等领域具有重要应用前景。此外，研究人员还研究了单分子发光器件、单分子感知器件和单分子机械器件等各种类型的单分子器件。然而，单分子器件的研究仍面临一些挑战，例如单分子器件的电学检测。电学监测是用于研究单个分子的电子传输行为和器件性能，通过电学检测，可以获得关于单分子器件的电流-电压特性、导电通道的能级结构以及电荷传输的动力学行为等重要信息。

电学检测通常涉及将单个分子连接到电极之间，形成一个电荷传输通道。这可以通过聚合物自组装方法和原子操控方法。聚合物自组装方法的实验难度很大，需要考虑不同类型聚合物的不同结构和相互作用方式、需要严格调控自组装的实验条件和环境、需要超高水平的控制技术，很难在实验室组装成功。原子操控方法存在成本高昂和实验局限性等不足，需要使用高分辨率和高精度的仪器和设备，需要在极端的环境条件下进行，如超高真空或低温环境，导致单分子器件的电学检测难度较大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的导通控制方法，旨在无需设置高精度仪器和极端实验环境也能实现单分子器件探针进针的动作，进而降低单分子器件的电学检测难度。

为实现上述目的，本发明提出的一种单分子器件探针进针装置、电学检测装置及电学检测装置的导通控制方法，所述单分子器件探针进针装置包括基座、宏动机构及微动机构；所述宏动机构设于所述基座，所述微动机构设于所述宏动机构；所述微动机构安装有探针和单分子器件中二者之一，所述宏动机构安装有所述探针和所述单分子器件中二者之另一；所述宏动机构和所述微动机构运动，并带动所述探针和所述单分子器件相互靠近，以使所述探针与所述单分子器件接触导通。

在一实施例中，所述宏动机构包括第一安装组件和与所述第一安装组件传动连接的第二安装组件，以使所述第一安装组件与所述第二安装组件相互运动；所述探针和所述单分子器件中二者之一安装于所述第一安装组件；所述微动机构设于所述第二安装组件，所述探针和所述单分子器件中二者之另一安装于所述微动机构；

其中，所述第一安装组件与所述第二安装组件运动后，以带动所述探针和所述单分子器件相互靠近抵接。

在一实施例中，所述第一安装组件包括：

第一驱动件，所述第一驱动件设于所述基座；

和第一安装座，所述第一安装座与所述第一驱动件连接；所述探针和所述单分子器件中二者之一安装于所述第一安装座；

其中，所述第一驱动件带动所述第一安装座移动，以使所述第一安装座相对所述第二安装组件移动，并带动所述探针与所述单分子器件靠近。

在一实施例中，所述第一驱动件包括：

步进电机，所述步进电机设于所述基座；

差分螺杆，所述差分螺杆的一端与所述步进电机连接，所述差分螺杆的另一端活动穿设于所述第二安装组件，并与所述第一安装座连接；

及多个导向柱，多个所述导向柱固定于所述第二安装组件，并活动地穿设于所述第一安装座中；且多个所述导向柱与所述差分螺杆间隔设置，所述导向柱用于引导所述第一安装座沿其轴向升降；

所述步进电机带动所述差分螺杆旋转，以使所述差分螺杆带动所述第一安装座相对所述第二安装组件沿所述导向柱的延伸方向升降。

在一实施例中，所述第二安装组件包括：

支撑座，所述支撑座设于所述基座；

第一转接座，所述第一转接座设于所述支撑座背向所述基座的一端，且所述差分螺杆和所述导向柱活动穿设于所述第一转接座，并与所述支撑座间隔设置；

及固定座，所述固定座设于所述第一转接座背向所述支撑座的一端；所述微动机构设于所述固定座背向所述第一转接座的一端。

在一实施例中，所述第一安装组件包括：

导轨座，所述导轨座设于所述基座；

和第二安装座，所述第二安装座固定于所述导轨座远离所述基座的一端；所述第二安装组件滑动连接于所述导轨座；所述第二安装座用于安装所述探针和所述单分子器件中二者之一；

其中，所述第二安装组件相对所述导轨座升降，以带动所述微动机构靠近或远离所述探针和所述单分子器件中二者之一。

在一实施例中，所述第二安装组件包括：

音圈电机，所述音圈电机设于所述基座；

第二转接座，所述第二转接座与所述音圈电机的输出轴连接；

及样品台，所述样品台与所述第二转接座背向所述音圈电机的一端连接，所述微动机构设于所述样品台背向所述第二转接座的一端；且所述样品台面向所述导轨座的一侧设有直线导轨，所述导轨座滑动连接于所述直线导轨上；

其中，所述音圈电机带动所述第二转接座和所述样品台升降，以使所述微动机构靠近或远离所述探针和所述单分子器件中二者之一。

在一实施例中，所述单分子器件探针进针装置还包括光栅位移传感器，所述光栅位移传感器设于所述基座，并与所述样品台相邻设置；所述光栅位移传感器用于检测所述样品台的位置。

在一实施例中，所述微动机构为压电陶瓷片。

本发明还提出一种电学检测装置，所述电学检测装置包括：

检测台；

主控器，所述主控器设于所述检测台；

电流采集设备，所述电流采集设备设于所述检测台，并与所述主控器电连接；

及如上所述的单分子器件探针进针装置，所述单分子器件探针进针装置设于所述检测台；所述单分子器件探针进针装置的单分子器件与所述电流采集设备电连接，用于检测所述单分子器件的电流值；所述主控器与宏动机构和微动机构电连接。

本发明还提出一种如上所述的电学检测装置的导通控制方法，所述电学检测装置的导通控制方法的步骤包括：

主控器控制宏动机构和微动机构依照预设移动规则进行移动；

所述主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据所述实时电流值判断探针和单分子器件是否导通；

当判断结果为所述探针和所述单分子器件不导通，所述主控器控制所述宏动机构和微动机构继续依照所述预设移动规则进行移动，直至所述判断结果为所述探针和所述单分子器件导通为止；

当判断结果为所述探针和所述单分子器件导通，所述主控器控制所述宏动机构和所述微动机构保持当前工作状态。

在一实施例中，所述主控器控制宏动机构和微动机构依照预设移动规则进行移动的步骤包括：

所述主控器控制所述宏动机构每移动预设距离一次；

所述主控器将所述微动机构的当前电压值增加一次预设电压值。

在一实施例中，所述主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据所述实时电流值判断探针和单分子器件是否导通的步骤包括：

所述主控器接收所述电流采集设备发送的实时电流值；

当所述实时电流值为0时，所述主控器控制所述微动机构断电，并输出判断结果为所述探针和所述单分子器件不导通；

当所述实时电流值达到短路值的80%至90%，所述主控器确定所述探针和所述单分子器件导通，并输出判断结果为所述探针和所述单分子器件导通。

在一实施例中，当判断结果为所述探针和所述单分子器件导通，所述主控器控制所述宏动机构和所述微动机构保持当前工作状态的步骤之后还包括：

所述主控器设定所述微动机构的最小电压值和获取所述微动机构的当前电压值；

所述主控器每间隔预设时长将所述当前电压值减去所述最小电压值以得出调整电压值；

所述主控器接收所述电流采集设备基于所述调整电压值形成的调整电流值，并根据所述调整电流值判断所述单分子器件是否处于连接状态；

当判断结果为所述单分子器件处于连接状态，所述主控器控制所述微动机构维持所述调整电压值，以保证所述单分子器件长时间连接；

当所述判断结果为所述单分子不是连接状态，所述主控器控制所述微动机构继续间隔所述预设时长减去所述最小电压值，直至所述判断结果变为所述单分子处于连接状态为止。

本发明技术方案的单分子器件探针进针装置包括基座、宏动机构及微动机构；宏动机构设于基座，微动机构设于宏动机构；微动机构安装有探针和单分子器件中二者之一，宏动机构安装有探针和单分子器件中二者之另一；宏动机构和微动机构运动，并带动探针和单分子器件相互靠近，以使探针与单分子器件接触导通；本案仅通过设计宏动机构的运动和微动机构的运动进行组合，进而可精确控制探针或单分子器件的位置和探针与单分子器件之间的相对运动，不但实现探针与单分子器件之间的导通，而且单分子器件探针进针装置带动探针和单分子器件运动的方式相较于聚合物自组装和原子操控方法，单分子器件探针进针装置的实验难度较低，装置成本较低，不需要严苛的环境，在真空和非真空都可以实现，进而降低单分子器件的电学检测难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明单分子器件探针进针装置第一实施例的结构示意图；

图2为本发明单分子器件探针进针装置第二实施例的结构示意图；

图3为本发明电学检测装置的导通控制方法的流程示意图；

图4为本发明电学检测装置的导通控制方法中步骤S10细化步骤的流程示意图；

图5为本发明电学检测装置的导通控制方法中步骤S20细化步骤的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

电学检测通常涉及将单个分子连接到电极之间，形成一个电荷传输通道。这可以通过聚合物自组装方法和原子操控方法。聚合物自组装方法的实验难度很大，需要考虑不同类型聚合物的不同结构和相互作用方式、需要严格调控自组装的实验条件和环境、需要超高水平的控制技术，很难在实验室组装成功。原子操控方法存在成本高昂和实验局限性等不足，需要使用高分辨率和高精度的仪器和设备，需要在极端的环境条件下进行，如超高真空或低温环境，导致单分子器件的电学检测难度较大。

为了解决单分子器件的电学检测难度大的问题，本发明提出一种单分子器件探针进针装置。

在本发明实施例中，请参阅图1和图2，单分子器件探针进针装置包括基座10、宏动机构20及微动机构30；宏动机构20设于基座10，微动机构30设于宏动机构20；微动机构30安装有探针1和单分子器件2中二者之一，宏动机构20安装有探针1和单分子器件2中二者之另一；宏动机构20和微动机构30运动，并带动探针1和单分子器件2相互靠近，以使探针1与单分子器件2接触导通。

具体的，宏动机构20带动探针1和单分子器件2中二者之一移动较大距离，而微动机构30带动探针1和单分子器件2中二者之另一移动较小距离，通过将探针1和单分子器件2需要移动的距离拆分为两部分，并通过不是高精度仪器的宏动机构20和微动机构30分别带动探针1和单分子器件2进行移动，即可让探针1和单分子器件2能相互靠近接触，进而实现探针1与单分子器件2导通连接，并被单分子器件电学检测设备检测到通电后的单分子器件2。

从探针1和单分子器件2导通过程来看，本实施例仅通过设计宏动机构20的运动和微动机构30的运动进行组合，进而可精确控制探针1或单分子器件2的位置和探针1与单分子器件2之间的相对运动，不但实现探针1与单分子器件2之间的导通，而且单分子器件探针进针装置带动探针1和单分子器件2运动的方式相较于聚合物自组装和原子操控方法，单分子器件探针进针装置的实验难度较低，装置成本较低，不需要严苛的环境，在真空和非真空都可以实现，进而降低单分子器件2的电学检测难度。

在另一实施例中，宏动机构20与基座10间隔设置，微动机构30设于宏动机构20，探针1和单分子器件2中二者之一设于微动机构30，探针1和单分子器件2中二者之另一设于基座10上。在又一实施例中，微动机构30与基座10间隔设置，宏动机构20设于基座10上，探针1和单分子器件2中二者之一设于微动机构30，探针1和单分子器件2中二者之另一设于宏动机构20上。上述的两种实施例是将探针1和单分子器件2的运动进行分解，同样与本实施例一样实现探针1和单分子器件2相互靠近，使得探针1和单分子器件2接触导通。

在一实施例中，请参阅图1，宏动机构20包括第一安装组件21和与第一安装组件21传动连接的第二安装组件22，以使第一安装组件21与第二安装组件22相互运动；探针1和单分子器件2中二者之一安装于第一安装组件21；微动机构30设于第二安装组件22，探针1和单分子器件2中二者之另一安装于微动机构30；其中，第一安装组件21与第二安装组件22运动后，以带动探针1和单分子器件2相互靠近抵接。

在本实施例中，探针1和单分子器件2中二者之一放置在微动机构30中，探针1和单分子器件2中二者之另一安装在第一安装组件21；单分子器件2探针1进针装置的宏动机构20有两种控制移动的方式，第一种方式：控制第一安装组件21相对第二安装组件22移动，使得安装在第一安装组件21上的探针1和单分子器件2中二者之一进行大距离移动，并靠近第二安装组件22上的微动机构30的探针1和单分子器件2中二者之另一；第二种方式：控制第二安装组件22相对第一安装组件21移动，使得安装在第二安装组件22上的微动机构30的探针1和单分子器件2中二者之一大距离移动，并靠近第一安装组件21上的探针1和单分子器件2中二者之另一。

本实施例通过将宏动机构20分设活动部分和固定部分，作为活动部分的第一安装组件21和第二安装组件22中二者之一进行移动，作为固定部分的第一安装组件21和第二安装组件22中二者之另一不移动，并将微动机构30设置在固定部分的第一安装组件21和第二安装组件22中二者之另一上，如此设置，在实现探针1或单分子器件2进行大距离运动的同时，还便于管控活动部分的第一安装组件21和第二安装组件22中二者之一的运动距离，减小第一安装组件21和第二安装组件22同时运动所出现的距离误差，进而减小宏动机构20的运动误差，从而提高单分子器件探针进针装置的运动精确度。

在一实施例中，请参阅图1，第一安装组件21包括第一驱动件211和第一安装座212，第一驱动件211设于基座10；第一安装座212与第一驱动件211连接；探针1和单分子器件2中二者之一安装于第一安装座212；其中，第一驱动件211带动第一安装座212移动，以使第一安装座212相对第二安装组件22移动，并带动探针1与单分子器件2靠近。

具体的，第一驱动件211可以是气缸或电机，通过将第一驱动件211带动第一安装座212相对第二安装组件22移动，使得探针1和单分子器件2逐渐靠近直至接触导通；而本实施例的第一驱动件211带动第一安装座212相对第二安装组件22在竖直方向升降，如此设置，不但实现探针1和单分子器件2相互靠近，还能减小第一安装组件21活动所需的空间，进一步缩小单分子器件探针进针装置的体积。

在其他实施例中，第一驱动件211还可带动第一安装座212相对第二安装组件22在水平方向左右移动。

进一步的，请参阅图1，第一驱动件211包括步进电机211a、差分螺杆211b及多个导向柱211c，步进电机211a设于基座10；差分螺杆211b的一端与步进电机211a连接，差分螺杆211b的另一端活动穿设于第二安装组件22，并与第一安装座212连接；多个导向柱211c固定于第二安装组件22，并活动地穿设于第一安装座212中；且多个导向柱211c与差分螺杆211b间隔设置，导向柱211c用于引导第一安装座212沿其轴向升降；步进电机211a带动差分螺杆211b旋转，以使差分螺杆211b带动第一安装座212相对第二安装组件22沿导向柱211c的延伸方向升降。

具体的，通过设置步进电机211a与差分螺杆211b配合，让步进电机211a带动差分螺杆211b转动的过程中，步进电机211a单次步进旋转一定角度，驱动差分螺杆211b旋转，利用差分螺杆211b的上下两端在第二安装组件22上形成螺距差，使第一安装座212在多个导向柱211c的位置约束导向作用下产生移动距离更精细的差动位移，进而使得安装在第一安装座212上的探针1和单分子器件2中二者之一以10-20纳米位移分辨率向下运动，逐渐靠近探针1和单分子器件2中二者之另一，如此，使得第一安装座212的移动距离更精细，从而提高单分子器件探针进针装置的进针精准度。

在一实施例中，请参阅图1，第二安装组件22包括支撑座221、第一转接座222及固定座223，支撑座221设于基座10；第一转接座222设于支撑座221背向基座10的一端，且差分螺杆211b和导向柱211c活动穿设于第一转接座222，并与支撑座221间隔设置；固定座223设于第一转接座222背向支撑座221的一端；微动机构30设于固定座223背向第一转接座222的一端。

在本实施例中，通过在支撑座221和固定座223之间设置第一转接座222，第一转接座222的宽度相较支撑座221和固定座223的宽度更大，如此，一方面便于将差分螺杆211b和导向柱211c活动穿设在第一转接座222，另一方面宽度较大的第一转接座222具有足够的安装空间来连接支撑座221和固定座223，进而保证探针1和单分子器件2能稳定安装。

在第二实施例中，请参阅图2，第一安装组件21包括导轨座210和第二安装座220，导轨座210设于基座10；第二安装座220固定于导轨座210远离基座10的一端；第二安装组件22滑动连接于导轨座210；第二安装座220用于安装探针1和单分子器件2中二者之一；其中，第二安装组件22相对导轨座210升降，以带动微动机构30靠近或远离探针1和单分子器件2中二者之一。

在本实施例中，第一安装组件21设置为宏动机构20的固定部分，第二安装组件22设置为宏动机构20的活动部分；第二安装组件22通过滑动连接方式与第一安装组件21的导轨座210连接，使得第二安装组件22相对导轨座210在竖直方向升降，让安装于第二安装组件22的探针1和单分子器件2中二者之一可相对第一安装组件21的第二安装座220升降，便于控制探针1与单分子器件2之间的距离。

在第二实施例中，请参阅图2，第二安装组件22包括音圈电机22a、第二转接座22b及样品台22c，音圈电机22a设于基座10；第二转接座22b与音圈电机22a的输出轴连接；样品台22c与第二转接座22b背向音圈电机22a的一端连接，微动机构30设于样品台22c背向第二转接座22b的一端；且样品台22c面向导轨座210的一侧设有直线导轨，导轨座210滑动连接于直线导轨上；其中，音圈电机22a带动第二转接座22b和样品台22c升降，以使微动机构30靠近或远离探针1和单分子器件2中二者之一。

具体的，第二安装组件22通过设置音圈电机22a带动第二转接座22b和样品台22c实现竖直方向的升降，使得样品台22c带动探针1和单分子器件2中二者之一也升降。其中音圈电机22a不但能实现轴向的移动，而且其移动精确度更大，进而提升单分子器件探针进针装置的移动精确度。

样品台22c包括放置板和与放置板连接的连接板，放置板与连接板呈90度夹角设置，连接板背向放置板的一侧设有多个直线导轨，连接板通过多个直线导轨与导轨座210配合，使得连接板滑动连接于第一安装组件21的导轨座210上，进而使得安装于样平台的放置板上的微动机构30可相对导轨座210升降更顺畅平稳。

在一实施例中，请参阅图2，单分子器件探针进针装置还包括光栅位移传感器40，光栅位移传感器40设于基座10，并与样品台22c相邻设置；光栅位移传感器40用于检测样品台22c的位置。如此设置，通过光栅位移传感器40检测样品台22c在竖直方向上的位置，便于更精准地控制音圈电机22a的功率，进而更精准地控制微动机构30的升降距离。

宏动机构20使用音圈电机22a作为运动执行器，使用直线导轨作为运动导向器，并利用光栅位移传感器40实时提供位置反馈信号，精确抬升样品台22c向上移动指定位移，使得样品台22c的位移分辨率可达20纳米。

在一实施例中，请参阅图1和图2，微动机构30为压电陶瓷片。如此设置，使用压电陶瓷片作为微动机构30，通过单次给微动机构30较小驱动电压，使得微动机构30可以0.01-0.1纳米位移分辨率抬升样品向上步进，进而更逼近探针1，提升微动机构30的移动精准度。

本发明还提出一种电学检测装置，请参阅图1和图2，电学检测装置包括检测台、主控器、电流采集设备及单分子器件探针进针装置，主控器设于检测台；电流采集设备设于检测台，并与主控器电连接；单分子器件探针进针装置设于检测台；单分子器件探针进针装置的单分子器件2与电流采集设备电连接，用于检测单分子器件2的电流值；主控器与宏动机构20和微动机构30电连接。

具体的，主控器与电流采集设备、单分子器件探针进针装置的宏动机构20、微动机构30电连接，使得主控器能接收电流采集设备对单分子器件2检测的电流值，并根据检测到的电流值来设定宏动机构20和微动机构30对应的移动方案；主控器根据设定的移动方案控制宏动机构20和微动机构30移动，驱使单分子器件2和探针1导通，实现单分子器件2在通电状态下的电信号检测。

单分子器件探针进针装置的探针安装方式为斜面粘连，可以使用两种针尖：当需要分析单分子电学连接的光谱信息时，可使用具有透光性的超薄的玻璃针尖进行单面镀金处理；其他情况下，可使用易剪切成型的金丝针尖。

优选的，使用镀金玻璃针尖作为探针，在电学检测装置电学检测的同时，由于镀金玻璃针尖的透明性，可以同步收集电导过程中的光谱信息，以分析单分子的结构、动力学和电子能级等特性。

本发明还提出一种电学检测装置的导通控制方法，请参阅图1、图2及图3，所述电学检测装置的导通控制方法的步骤包括：

S10：主控器控制宏动机构20和微动机构30依照预设移动规则进行移动；S20：主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据所述实时电流值判断探针1和单分子器件2是否导通；S30：当判断结果为探针1和单分子器件2不导通，主控器控制宏动机构20和微动机构30继续依照所述预设移动规则进行移动，直至所述判断结果为探针1和单分子器件2导通为止；S40：当判断结果为探针1和单分子器件2导通，主控器控制宏动机构20和微动机构30保持当前工作状态。

具体的，主控器根据预设移动规则控制宏动机构20和微动机构30分别移动，主控器根据探针1和单分子器件2之间的大致距离进行设定宏动机构20和微动机构30两者的移动距离，这里的大致距离可通过设置距离传感器进行检测获得；移动后的宏动机构20和微动机构30的电流值相较于未移动的宏动机构20和微动机构30的电流值肯定产生变化，主控器通过控制宏动机构20和微动机构30移动后，并将移动前的宏动机构20和微动机构30的电流值与移动后的宏动机构20和微动机构30的电流值进行比对，即可判断出探针1和单分子器件2是否接触导通，如此，主控器可根据判断结果作为宏动机构20和微动机构30调整运动的依据，实现宏动机构20和微动机构30自动调整运动，提升单分子器件探针进针装置的调整精准度。

主控器控制宏动机构20大距离移动，主控器控制微动机构30小距离移动；且宏动机构20和微动机构30可同时移动，或者，宏动机构20和微动机构30分先后顺序进行移动。宏动机构20和微动机构30单次移动距离小于探针1和单分子器件2之间的总距离，通过宏动机构20和微动机构30逐次移动，使得探针1和单分子器件2逐渐靠近，直至探针1和单分子器件2接触导通。

主控器根据两种判断结果会做出不同的操作，第一种判断结果为探针1和单分子器件2没有导通，也即探针1和单分子器件2之间存在间隙，此时主控器会继续控制宏动机构20和微动机构30按照预设移动规则移动，使得宏动机构20上的探针1和单分子器件2中二者之一与微动机构30的探针1和单分子器件2中二者之另一逐渐靠近，直至探针1和单分子器件2接触导通连接，进而实现单分子器件2的电学检测。第二种判断结果为探针1和单分子器件2已经导通，也即探针1和单分子器件2不存在间隙，此时主控器则会控制宏动机构20和微动机构30停止移动，便于用户对单分子器件2的后续检测工作。

在本实施例中，请参阅图1至图4，S10：主控器控制宏动机构20和微动机构30依照预设移动规则进行移动的步骤包括：S11：主控器控制宏动机构20每移动预设距离一次；S12：主控器将微动机构30的当前电压值增加一次预设电压值。

具体的，主控器先控制宏动机构20移动预设距离一次，待宏动机构20移动预设距离后，主控器再控制微动机构30的当前电压值增加一次预设电压值，增加一次预设电压值后的微动机构30会移动对应的微距离，这里的微距离指的是微动机构30根据预设电压值对应产生的位移；此时主控器会在宏动机构20移动一个预设距离和微动机构30移动一次微距离后，就控制电流采集设备对单分子器件2的实时电流值，以此判断移动后的探针1和单分子器件2之间是否接触导通。当探针1和单分子器件2没有接触导通，主控器则会再次控制宏动机构20在上一次移动后的位置继续移动预设距离，随后主控器先断开微动机构30上电，最后在微动机构30上一次的当前电压值基础上再增加一次预设电压值，使得微动机构30能在更大的电压值移动更大的微距离，直至主控器判断探针1和单分子器件2接触导通后，主控器才会停止控制宏动机构20移动和让微动机构30保持此时的当前电压值，使得微动机构30能保持在当前位置不动。

单分子器件探针进针装置的宏动机构20有两种实施例；在第一实施例中，主控器则会控制宏动机构20的步进电机211a运动N步，再逐渐增加微动机构30的压电陶瓷电压，使得压电陶瓷伸长到电压值对应的最长位移L。在第二实施例中，主控器则会控制宏动机构20的音圈电机22a运动距离S，再逐渐增加微动机构30的压电陶瓷电压，使得压电陶瓷伸长到电压值对应的最长位移L。

在本实施例中，请参阅图1、图2、图3及图5，S20：主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据实时电流值判断探针1和单分子器件2是否导通的步骤包括：

S21：主控器接收电流采集设备发送的实时电流值；

S22：当实时电流值为0时，主控器控制微动机构30断电，并输出判断结果为探针1和单分子器件2不导通；

S23：当实时电流值达到短路值的80%至90%，主控器确定探针1和单分子器件2导通，并输出判断结果为探针1和单分子器件2导通。

具体的，当宏动机构20和微动机构30移动后，主控器就会控制电流采集设备采集单分子器件2的实时电流值，并接收电流采集设备发送的实时电流值。当主控器接收的实时电流值为0时，则代表探针1和单分子器件2之间存在间隙，因此主控器会控制微动机构30断电，使得微动机构30能回到初始位置；待主控器控制宏动机构20再次移动一次预设距离后，主控器再控制微动机构30以更大的当前电压值来移动，使得微动机构30能比上一次移动更大的微距离，进而使得探针1和单分子器件2更靠近。通过上述操作持续执行，直至接收的实时电流值为短路值的80%-90%，则代表探针1和单分子器件2有接触，此时主控器则会控制宏动机构20停止移动，并控制微动机构30的当前电压值保持不变，使得微动机构30保持当前的位置，以便电流采集设备对导通后的单分子器件2获取各种类型参数。

在本实施例中，请参阅图1、图2及图3，S40：当判断结果为探针1和单分子器件2导通，主控器控制宏动机构20和微动机构30保持当前工作状态的步骤之后还包括：

S50：主控器设定微动机构30的最小电压值和获取微动机构30的当前电压值；

S60：主控器每间隔预设时长将当前电压值减去最小电压值以得出调整电压值；

S70：主控器接收电流采集设备基于调整电压值形成的调整电流值，并根据调整电流值判断单分子器件2是否处于连接状态；

S80：当判断结果为单分子器件2处于连接状态，主控器控制微动机构30维持调整电压值，以保证单分子器件2长时间连接；

S90：当判断结果为单分子不是连接状态，主控器控制微动机构30继续间隔预设时长减去最小电压值，直至判断结果变为单分子处于连接状态为止。

具体的，最小电压值为用户通过输入设备传输至主控器中，并从微动机构30获取当前电压值，将微动机构30的当前电压值减去最小电压值得到调整后的调整电压值，如此类推，通过将微动机构30的当前电压值持续减去最小电压值，直至调整后的调整电压值对应的调整电流值在预设时长内基本不变的时候，则代表微动机构30在当前的调整电压值下也能让探针1和单分子器件2接触导通，即此时的单分子器件2处于连接状态，保证单分子器件2在有限的电能下可长时间连接，延长单分子器件2和探针1之间的导通时间，进而让单分子器件探针进针装置采用较小的电压值也能保证探针1的和单分子器件2接触导通，从而减少单分子器件探针进针装置的耗能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述单分子器件探针进针装置包括基座、宏动机构及微动机构；所述宏动机构设于所述基座，所述微动机构设于所述宏动机构；所述微动机构安装有探针和单分子器件中二者之一，所述宏动机构安装有所述探针和所述单分子器件中二者之另一；所述宏动机构和所述微动机构运动，并带动所述探针和所述单分子器件相互靠近，以使所述探针与所述单分子器件接触导通；所述宏动机构包括第一安装组件和与所述第一安装组件传动连接的第二安装组件，以使所述第一安装组件与所述第二安装组件相互运动；所述探针和所述单分子器件中二者之一安装于所述第一安装组件；所述微动机构设于所述第二安装组件，所述探针和所述单分子器件中二者之另一安装于所述微动机构；

其中，所述第一安装组件与所述第二安装组件运动后，以带动所述探针和所述单分子器件相互靠近抵接；

所述第一安装组件包括第一驱动件和第一安装座，所述第一驱动件设于所述基座，所述第一安装座与所述第一驱动件连接；所述探针和所述单分子器件中二者之一安装于所述第一安装座；其中，所述第一驱动件带动所述第一安装座移动，以使所述第一安装座相对所述第二安装组件移动，并带动所述探针与所述单分子器件靠近；

所述第一驱动件包括步进电机、差分螺杆及多个导向柱，所述步进电机设于所述基座，所述差分螺杆的一端与所述步进电机连接，所述差分螺杆的另一端活动穿设于所述第二安装组件，并与所述第一安装座连接，多个所述导向柱固定于所述第二安装组件，并活动地穿设于所述第一安装座中；且多个所述导向柱与所述差分螺杆间隔设置，所述导向柱用于引导所述第一安装座沿其轴向升降；所述步进电机带动所述差分螺杆旋转，以使所述差分螺杆带动所述第一安装座相对所述第二安装组件沿所述导向柱的延伸方向升降。

2.如权利要求1所述的单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述第二安装组件包括：

支撑座，所述支撑座设于所述基座；

第一转接座，所述第一转接座设于所述支撑座背向所述基座的一端，且所述差分螺杆和所述导向柱活动穿设于所述第一转接座，并与所述支撑座间隔设置；

及固定座，所述固定座设于所述第一转接座背向所述支撑座的一端；所述微动机构设于所述固定座背向所述第一转接座的一端。

3.一种单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述单分子器件探针进针装置包括基座、宏动机构及微动机构；所述宏动机构设于所述基座，所述微动机构设于所述宏动机构；所述微动机构安装有探针和单分子器件中二者之一，所述宏动机构安装有所述探针和所述单分子器件中二者之另一；所述宏动机构和所述微动机构运动，并带动所述探针和所述单分子器件相互靠近，以使所述探针与所述单分子器件接触导通；所述宏动机构包括第一安装组件和与所述第一安装组件传动连接的第二安装组件，以使所述第一安装组件与所述第二安装组件相互运动；所述探针和所述单分子器件中二者之一安装于所述第一安装组件；所述微动机构设于所述第二安装组件，所述探针和所述单分子器件中二者之另一安装于所述微动机构；

其中，所述第一安装组件与所述第二安装组件运动后，以带动所述探针和所述单分子器件相互靠近抵接；

所述第一安装组件包括导轨座和第二安装座，所述导轨座设于所述基座，所述第二安装座固定于所述导轨座远离所述基座的一端；所述第二安装组件滑动连接于所述导轨座；所述第二安装座用于安装所述探针和所述单分子器件中二者之一；其中，所述第二安装组件相对所述导轨座升降，以带动所述微动机构靠近或远离所述探针和所述单分子器件中二者之一。

4.如权利要求3所述的单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述第二安装组件包括：

音圈电机，所述音圈电机设于所述基座；

第二转接座，所述第二转接座与所述音圈电机的输出轴连接；

及样品台，所述样品台与所述第二转接座背向所述音圈电机的一端连接，所述微动机构设于所述样品台背向所述第二转接座的一端；且所述样品台面向所述导轨座的一侧设有直线导轨，所述导轨座滑动连接于所述直线导轨上；

其中，所述音圈电机带动所述第二转接座和所述样品台升降，以使所述微动机构靠近或远离所述探针和所述单分子器件中二者之一。

5.如权利要求4所述的单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述单分子器件探针进针装置还包括光栅位移传感器，所述光栅位移传感器设于所述基座，并与所述样品台相邻设置；所述光栅位移传感器用于检测所述样品台的位置。

6.如权利要求1或3所述的单分子器件探针进针装置，其特征在于，所述微动机构为压电陶瓷片。

7.一种电学检测装置，其特征在于，所述电学检测装置包括：

检测台；

主控器，所述主控器设于所述检测台；

电流采集设备，所述电流采集设备设于所述检测台，并与所述主控器电连接；

及如权利要求1至6中任一项所述的单分子器件探针进针装置，所述单分子器件探针进针装置设于所述检测台；所述单分子器件探针进针装置的单分子器件与所述电流采集设备电连接，用于检测所述单分子器件的电流值；所述主控器与宏动机构和微动机构电连接。

8.一种如权利要求7所述的电学检测装置的导通控制方法，其特征在于，所述电学检测装置的导通控制方法的步骤包括：

主控器控制宏动机构和微动机构依照预设移动规则进行移动；

所述主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据所述实时电流值判断探针和单分子器件是否导通；

当判断结果为所述探针和所述单分子器件不导通，所述主控器控制所述宏动机构和微动机构继续依照所述预设移动规则进行移动，直至所述判断结果为所述探针和所述单分子器件导通为止；

当判断结果为所述探针和所述单分子器件导通，所述主控器控制所述宏动机构和所述微动机构保持当前工作状态。

9.如权利要求8所述的电学检测装置的导通控制方法，其特征在于，所述主控器控制宏动机构和微动机构依照预设移动规则进行移动的步骤包括：

所述主控器控制所述宏动机构每移动预设距离一次；

所述主控器将所述微动机构的当前电压值增加一次预设电压值。

10.如权利要求8所述的电学检测装置的导通控制方法，其特征在于，所述主控器接收电流采集设备发送的实时电流值，并根据所述实时电流值判断探针和单分子器件是否导通的步骤包括：

所述主控器接收所述电流采集设备发送的实时电流值；

当所述实时电流值为0时，所述主控器控制所述微动机构断电，并输出判断结果为所述探针和所述单分子器件不导通；

当所述实时电流值达到短路值的80%至90%，所述主控器确定所述探针和所述单分子器件导通，并输出判断结果为所述探针和所述单分子器件导通。

11.如权利要求8所述的电学检测装置的导通控制方法，其特征在于，当判断结果为所述探针和所述单分子器件导通，所述主控器控制所述宏动机构和所述微动机构保持当前工作状态的步骤之后还包括：

所述主控器设定所述微动机构的最小电压值和获取所述微动机构的当前电压值；

所述主控器每间隔预设时长将所述当前电压值减去所述最小电压值以得出调整电压值；

所述主控器接收所述电流采集设备基于所述调整电压值形成的调整电流值，并根据所述调整电流值判断所述单分子器件是否处于连接状态；

当判断结果为所述单分子器件处于连接状态，所述主控器控制所述微动机构维持所述调整电压值，以保证所述单分子器件长时间连接；

当所述判断结果为所述单分子器件不是连接状态，所述主控器控制所述微动机构继续间隔所述预设时长减去所述最小电压值，直至所述判断结果变为所述单分子器件处于连接状态为止。