CN1320349C - 扫描隧道显微镜的扫描装置 - Google Patents
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Abstract
一种扫描隧道显微镜的扫描装置，包含的内盒置于金属外罩内构成双层屏蔽。探针的针尖从外壳底板小孔内伸出，探针与外壳构成一体。置于安装平台上的三个调节杆呈现等腰三角形的分布。两手动调节杆为粗调，位于等腰三角形顶角位置上的自动调节杆为精调。当探针针尖与待测样品表面形成隧道电流以后，探针针尖的高度和位置是固定不动的。而待测样品随着待测样品台被压电陶瓷管的驱动进行移动，从而形成探针针尖对着待测样品表面进行扫描。与在先技术相比，本发明结构简单，操作方便，抗干扰能力强，扫描范围较大，最大扫描范围可达6μm，扫描分辩率为高序石墨(HOPG)原子分辩。分辩的精度高达1×10-5μm(0.1)。
Description
技术领域
本发明是一种扫描隧道显微镜的扫描装置，用于扫描隧道显微镜上，具有原子级的分辩率，是纳米技术研究中不可缺少的重要工具。
背景技术
扫描装置是扫描隧道显微镜结构中核心的部分。在先技术中，有一种是其中探针为手动调整，针尖与待测样品相逼近的方式是用马达自动驱进，最大扫描范围为6μm，主要的缺点是功能少，安装调试较复杂，操作不方便。
在先技术中，美国有两个公司(Digital Instruments Co.(USA)和ParkInstruments Co.(USA)，)提供的扫描装置调整控制全是由计算机自动控制，针尖与待测样品逼近的结构也是用马达自动驱进，扫描的最大范围是0.5μm.虽然它具有安装调试简单，操作也比较简单，生产成本较低廉。但它的扫描范围较小，在有些要求较大范围内进行测量的场合不适用。
发明内容
本发明的目的为克服上述在先技术中的不足，提供一种扫描装置，既结构简单、调整方便、体积小、成本低廉，同时又具有较高的性价比，较高的分辩率精度，较大的扫描范围。
本发明的扫描装置如图1所示。包括：外罩1、带盒盖2的内盒3、安装平台4、底座5，由安装平台4和底座5构成的扫描座6和探针32。
所说的外罩1是下端带有凸缘10的金属罩11。凸缘10上均匀分布有悬吊螺栓101，以供安装抗震悬吊弹簧所用。外罩1罩在内盒3的外面。
所说的带盒盖2的内盒3包括外壳30，外壳30围成内腔的收容室301。在外壳30顶端上置有定位孔302与盒盖2上的定位柱20相配。在收容室301内置有电路板31。探针32带有绝缘套管33，带有绝缘套管33的探针安装金属管35与探针32的针尖从外壳30底板上的小孔内伸出内盒3，探针32与外壳30构成一体。探针32的尾端连接在电路板31上。外壳30的侧壁上置有与控制系统上的电子插头62相配的电子插座34。
所说的安装平台4上置有两个手动调节杆40和一个自动调节杆41。三个调节杆40、41呈现一等三角形的分布，自动调节杆41位于等腰三角形的顶点。在三个调节40、41之间置有待测样品台61。待测样品台61置于压电陶瓷管60上。压电陶瓷管60上有与控制系统上的D形接口相配的D形接口63。安装平台4的底下有支撑柱43，支撑柱43置于底座5上。
安装平台4与底座5构成扫描底座6可以是一体式的，或者是分体组装的。
所说的内盒3置放在安装平台4上，安装平台4上的三个调节杆40、41顶在内盒3外壳30的底板上，从外壳30底板上小孔内伸出的探针32针尖对准待测样品台61。
所说的外罩1、盒盖2和内盒3的外壳30均是由比重较重的金属如不锈钢，或是硬铝合金构成，为的是使探头部分比较，使探针32稳定，以避免针尖颤抖。
上述如图1所示的结构，待测样品置放在待测样品台61上。开始探测时，首先调节两个手动调节杆40，使探针32针尖缓慢地逼近待测样品，当调节到一定位置时，通过控制箱操纵自动调节杆41进行精调，直到加有偏压的探针32针尖与待测样品表面之间克服势垒形成隧道电流后，固定探险针32针尖的高度。启动压电陶瓷管60使待测样品台61载着待测样品移动，则形成探针32的针尖对着待测样品表面扫描。通过记录针尖与待测样品表面之间的隧道电流的变化，就获得了待测样品表面形貌的信息。
本发明的扫描装置与在先技术相比，本发明扫描装置上的内盒3外罩有外罩1，构成了双层屏蔽，因此抗干扰能力强。
本发明的探针32从外壳30底板小孔内穿出，探针32与外壳30组成一体。探针32针尖高度的调整，先用两手动调节杆40进行粗调，后用自动调节杆进行精调。既保护了针尖不因突然产生较大的隧道电流而受损，又能使针尖距待测样品表面的高度调节精确，从而提高了扫描装置的扫描精度。本发明扫描装置中，探针32针尖的位置调整好了以后固定不动，而是通过压电陶瓷管60驱动待测样品台61载着待测样品移动，形成针尖对着待测样品表面扫描。这不仅使得测量稳定可靠，而且扫描范围也容易扩大。因此，本发明不仅结构简单、操作方便，同时扫描范围较大，扫描分辩率精度高。
附图说明
图1是本发明的扫描体装置的结构分解示意图。
具体实施方式
如上述图1所示的结构。
其中外罩1、盒盖2和外壳30均由不锈钢构成。
探针32上的绝缘套管33是由高绝缘材料聚四氟乙烯构成。三个调节杆40、41的分布呈现的等腰三角形的高大于安装平台4的半径。自动调节杆41是由计算机控制步进电机的驱动进行调节。将上述结构的本发明扫描装置用于扫描隧道显微镜上，获得的扫描范围是3μm，最大可达到6μm。扫描分辩率为高序石墨(HOPG)原子分辩。分辩的精度高达1×10-5μm(0.1)。
Claims (2)
1、一种扫描隧道显微镜的扫描装置，包括：外罩(1)、带盒盖(2)的内盒(3)、安装平台(4)、底座(5)和探针(32)，其特征在于：
a.所说的外罩(1)是下端带有凸缘(10)的金属罩(11)，凸缘(10)上均匀分布有悬吊螺栓(101)，外罩(1)罩在内盒(3)的外面；
b.所说的带有盒盖(2)的内盒(3)包括外壳(30)，外壳(30)围成的收容室(301)，外壳(30)顶端上的定位孔(302)与盒盖(2)上的定位柱(20)相配，置于收容室(301)内的金属管(35)带有绝缘套管(33)，探针(32)安装在金属管(35)上，针尖从外壳(30)底板上的小孔内伸出内盒，探针(32)与外壳(30)构成一体，在收容室(301)内置有电路板(31)，探针(30)的尾端连接在电路板(31)上，外壳(30)的侧壁上置有与控制系统上电子插头(62)相配的电子插座(34)；
c.所说的安装平台(4)上置有两个手动调节杆(40)和一个自动调节杆(41)，三个调节杆(40、41)的分布呈现一等腰三角形，自动调节杆(41)位于等腰三角形的顶点，在三个调节杆(40、41)之间置有压电陶瓷管(60)，在压电陶瓷管(60)上置放待测样品台(61)，压电陶瓷管(60)上有D形接口(63)，安装平台(4)的底下有支撑柱(43)，支撑柱(43)置于底座(5)上，安装平台(4)与底座(5)构成扫描座(6)；
d.上述的内盒(3)置于安装平台(4)上，安装平台(4)上的三个调节杆(40、41)顶在内盒(3)的外壳(30)底板上，从外壳(30)底板上小孔内伸出的探针(32)针尖对准安装平台(4)上压电陶瓷管(60)上的待测样品台(61)。
2、根据权利要求1所述的扫描隧道显微镜的扫描装置，其特征在于所说的外罩(1)、盒盖(2)利内盒(3)的外壳(30)均是由不锈钢，或是硬铝合金构成。
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