CN1632519A - 基于角度测量的原子力显微镜测量装置 - Google Patents

基于角度测量的原子力显微镜测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1632519A
CN1632519A CN 200410094054 CN200410094054A CN1632519A CN 1632519 A CN1632519 A CN 1632519A CN 200410094054 CN200410094054 CN 200410094054 CN 200410094054 A CN200410094054 A CN 200410094054A CN 1632519 A CN1632519 A CN 1632519A
Authority
CN
China
Prior art keywords
atomic force
force microscope
probe
angle
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200410094054
Other languages
English (en)
Other versions
CN1300565C (zh
Inventor
刘庆纲
李志刚
李德春
匡登峰
王璐
李敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CNB2004100940545A priority Critical patent/CN1300565C/zh
Publication of CN1632519A publication Critical patent/CN1632519A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1300565C publication Critical patent/CN1300565C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于角度测量的原子力显微镜测量装置，属于原子力显微镜(AFM)的探针/悬臂梁信号的检测系统及装置。该装置是在原子力显微镜的悬臂梁位移测量装置上采用光学差动式角度传感器，所述的角度测量装置包括准直光源、会聚透镜、1/4波片、偏光分光镜、分光镜、两个临界角棱镜、两个光电二极管、Z向跟踪用微动驱动器、平面内2维微动扫描器、探针夹持器和AFM探针；并且样品台及平面内2维微动扫描器与AFM探针及Z向跟踪用微动驱动器相分离，该距离可调。本发明的优点在于Z向跟踪装置与XY平面内扫描装置相分离，降低了对被测物体的大小、重量及扫描范围等的要求或限制，被测物体可为十几厘米×十几厘米×几厘米。

Description

基于角度测量的原子力显微镜测量装置
                               技术领域
本发明涉及一种基于角度测量的原子力显微镜测量装置，属于原子力显微镜(AFM)的探针/悬臂梁信号的检测系统及装置。
                               背景技术
当悬臂梁的端部受力时，其端部会产生两种变形，一种是挠度，另一种是转角。原子力显微镜利用微悬臂梁尖端的探针，当探针接近或接触被测物体表面时，探针与样品之间会发生力的相互作用，该作用力会使微悬臂梁产生弯曲变化，因此，微悬臂梁弯曲量的变化可以通过两种方式进行检测，即测量原子力显微镜的微悬臂梁的挠度变化，或者测量原子力显微镜的微悬臂梁的尖端转角变化。
目前以原子力显微镜为代表的通过检测微悬臂梁的弯曲变化得到被测物体表面信息的这一类仪器，均采用测量微悬臂梁的受力后的挠度变化，AFM探头(包括带有针尖的悬臂梁及其固定装置)的悬臂梁的固定端位置必须保持不变，AFM三维扫描驱动器必须在样品或探针的一侧，如美国Veeco公司的多功能原子力显微镜，日本精工的原子力显微镜等，通常三维微动机构都安装在被测物体一侧。当激光打到微悬臂梁上时，由于微悬臂梁挠度的变化，引起反射光的偏摆，使光电探测器上光点位置发生变化，通过检测光点位置的变化量，从而得到微悬臂梁的挠度变化量，进而得到测力变化量和物体表面轮廓。这种方法虽然结构上简单适于商业生产，但在此类显微镜的恒力模式下扫描过程中，由于探针固定端位置的改变，从而引入测量原理误差，要获得高精度的测量结果，必须进行误差修正或严格的校正。这种方法对被测物体的大小、重量及扫描范围等都有着比较严格的要求或限制，如10毫米×10毫米×1-2毫米。
                               发明内容
本发明的目的在于提供一种基于角度测量的原子力显微镜测量装置，特别是原子力显微镜类的微悬臂梁信号的检测系统及装置结构设计，扩大原子力显微镜应用范围。
本发明的目的是这样实现的：基于角度测量的原子力显微镜测量装置，其特征在于原子力显微镜的悬臂梁位移测量装置采用光学差动式角度传感器，所述的角度测量装置包括准直光源、会聚透镜、1/4波片、偏光分光镜、分光镜、两个临界角棱镜、两个光电二极管、Z向跟踪用微动驱动器、平面内2维微动扫描器、探针夹持器和AFM探针；并且样品台及平面内2维微动扫描器与AFM探针及Z向跟踪用微动驱动器相分离，该距离可调。
本发明的优点在于Z向跟踪装置与XY平面内扫描装置相分离，降低了对被测物体的大小、重量及扫描范围等的要求或限制，被测物体可为十几厘米×十几厘米×几厘米。
                               附图说明
图1为基于角度测量的AFM测量装置结构示意图。
图中1为Z向跟踪用微动驱动器PZT，2为AFM探针夹持器，3为AFM探针，4为样品台，5为平面内2维(XY)微动扫描平台，6为集成了会聚透镜的半导体激光器，7、9为光电二极管，8、10为临界角棱镜，11为集成了1/4波片的分光镜，12为集成了1/4波片的偏光分光镜。
                             具体实施方式
基于角度测量的AFM测量方法，AFM探针在扫描过程中由于受力变化引起的悬臂梁尖端的角度变化，采用光学差动式角度测量装置(图1中虚线内部)进行检测，其过程是：激光器6发出的可见光经会聚透镜后被偏光分光镜12反射后经1/4波片，入射到原子力显微镜的悬臂梁/AFM探针3反射面上，被AFM探针反射的激光携带悬臂梁的转角变化信息进入该角度测量装置；角度测量装置固定在可调转角平台上，该平台固定在系统基座上；在初始测力设定值时，可以认为角度测量装置输出信号为“零”；当扫描过程中测力发生变化时，悬臂梁的弯曲角度发生变化，反射光即相对于角度测量装置的入射光，其入射角度也产生相应的变化，该变化量为微悬臂梁角度变化量的一倍，使被测量得到放大。
由于采用差动测量方法，来自AFM探针的反射光被半透半反镜11分成两束光后，分别入射进两个棱镜8、10，当反射光的角度有偏摆时，两个棱镜的入射光的入射角分别增大/减小Δθ，反射率变化量也分别增大或减小，出射光的光强被光电二极管7、9检测并转换为光电流，两路光电流信号经过电流-电压变换以及加法、减法和除法运算后，得到线性化处理后的角度变化量，即该变化量被角度测量装置检测并转换成与角度变化值成比例的电信号。该电信号经放大后再经信号分析处理，得到由于测力变化而引起的悬臂梁的角度变化，进而得到探针的测力变化/物体表面形貌轮廓。
AFM在平面内的扫描由水平面内二维微动扫描平台5在计算机控制下进行，样品台4与该扫描平台结合在一起；AFM的Z向跟踪部分由反馈控制电路驱动Z向跟踪用微动驱动器1进行，探针经探针夹持架2与Z向驱动器结合在一起，即Z向运动由单独的驱动器进行，基于此结构，实现了Z向与XY向运动的分离。

Claims (1)

1.基于角度测量的原子力显微镜测量装置，其特征在于原子力显微镜的悬臂梁位移测量装置采用光学差动式角度传感器，所述的角度测量装置包括准直光源、会聚透镜、1/4波片、偏光分光镜、分光镜、两个临界角棱镜、两个光电二极管、Z向跟踪用微动驱动器、平面内2维微动扫描器、探针夹持器和AFM探针；并且样品台及平面内2维微动扫描器与AFM探针及Z向跟踪用微动驱动器相分离，该距离可调。
CNB2004100940545A 2004-12-28 2004-12-28 基于角度测量的原子力显微镜测量装置 Expired - Fee Related CN1300565C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100940545A CN1300565C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 基于角度测量的原子力显微镜测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100940545A CN1300565C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 基于角度测量的原子力显微镜测量装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1632519A true CN1632519A (zh) 2005-06-29
CN1300565C CN1300565C (zh) 2007-02-14

Family

ID=34847792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100940545A Expired - Fee Related CN1300565C (zh) 2004-12-28 2004-12-28 基于角度测量的原子力显微镜测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1300565C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915858A (zh) * 2010-07-02 2010-12-15 华中科技大学 反馈控制扭摆弱力扫描探测仪
CN103591908A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 重庆理工大学 基于原子力的角位移传感器
CN109959344A (zh) * 2019-03-08 2019-07-02 北京理工大学 激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06258068A (ja) * 1993-03-04 1994-09-16 Canon Inc 原子間力顕微鏡
JP2967965B2 (ja) * 1993-06-18 1999-10-25 株式会社日立製作所 走査型プローブ顕微鏡用スキャナ及びそれを備える走査型プローブ顕微鏡
CN1076474C (zh) * 1993-12-27 2001-12-19 松下电气产业株式会社 结晶评价装置及结晶评价方法
JPH0961442A (ja) * 1995-08-23 1997-03-07 Mitsubishi Electric Corp 原子間力顕微鏡及びその測定ヘッド
US6708556B1 (en) * 1999-06-05 2004-03-23 Daewoo Electronics Corporation Atomic force microscope and driving method therefor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101915858A (zh) * 2010-07-02 2010-12-15 华中科技大学 反馈控制扭摆弱力扫描探测仪
CN101915858B (zh) * 2010-07-02 2013-02-13 华中科技大学 反馈控制扭摆弱力扫描探测仪
CN103591908A (zh) * 2013-11-28 2014-02-19 重庆理工大学 基于原子力的角位移传感器
CN103591908B (zh) * 2013-11-28 2016-09-07 重庆理工大学 基于原子力的角位移传感器
CN109959344A (zh) * 2019-03-08 2019-07-02 北京理工大学 激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1300565C (zh) 2007-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1892727B1 (en) Shape measuring apparatus using an interferometric displacement gauge
KR101161881B1 (ko) 투명 기판의 결함 검출 검사장치
TWI297767B (en) Measuring apparatus and method using surface plasmon resonance
CN102331403A (zh) 近场太赫兹THz时域光谱表征方法及其测试装置
Quercioli et al. Monitoring of an atomic force microscope cantilever with a compact disk pickup
KR20030095049A (ko) 단면이 오목거울로 가공된 광섬유를 이용한 패브리 페로공진기와 이를 이용한 원자간력 현미경에서의 외팔보탐침의 변위 측정 및 보정시스템
TW201531693A (zh) 用於光學檢測之非成像相干線掃描系統和方法
CN103940341A (zh) 一种位移和倾角一体化测试仪器
CN1300564C (zh) 基于角度测量的原子力显微镜测量方法
JP2011038851A (ja) 摩擦力測定方法および摩擦力測定装置
JP3947159B2 (ja) 共焦点光学結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置
CN1300565C (zh) 基于角度测量的原子力显微镜测量装置
CN112710256A (zh) 扫描光栅微镜的机电性能测试系统及方法
US11320454B2 (en) Scanning probe microscopy system for and method of mapping nanostructures on the surface of a sample
US10254306B2 (en) Probe calibration or measurement routine
KR102646539B1 (ko) 스캐닝 프로브 현미경
CN109443711A (zh) 一种基于针孔随动高速扫描共焦显微技术的大口径光学元件测量装置和方法
CN1598542A (zh) 生物样品反射比测量仪
KR100996294B1 (ko) 마이켈슨 간섭계를 이용한 익스텐소미터
CN2814333Y (zh) 表面粗糙度非接触测量装置
CN1731080A (zh) 表面粗糙度非接触测量系统
CN1257384C (zh) 一种高精度二维小角度测量方法
CN211426269U (zh) 一种光路装置以及oct成像系统
JPH0954101A (ja) 走査型近接場光学顕微鏡
CN1238692C (zh) 光学非接触式小角度测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee