CN217385552U - 一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，包括：基座，用以形成支撑结构；样品台，用以放置待测样品；原子力显微镜机构，其包括扫描头、光学观察组件；所述扫描头用以扫描测量所述待测样品，所述光学观察组件用以观察所述扫描头与所述待测样品；Y轴驱动机构，用以驱动所述样品台前后运动；Z轴驱动机构，用以驱动所述样品台升降运动；X轴驱动机构，用以驱动所述原子力显微镜机构左右运动。在扫描时，样品台保持不动，待测样品的种类、尺寸大小、重量不受限制，适用于超大的样品检测；同时由于待测样品不受限制，可拓展性强，光机系统本体非常便于与多种设备联用实现原位检测扩展了光机系统本体的应用范围。

Description

一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统

技术领域

本实用新型涉及显微镜设备领域，尤其涉及一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统。

背景技术

原子力显微镜(AFM)是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面微观结构的分析仪器。它其主要是利用一根探针以光栅线方式扫描样品表面，通过检测探针与样品间相互作用力表征样品表面特征并获得图像。由于探针和样品之间的运动是相对的，原子力显微镜主要有两种工作方式：第一种是探针扫描方式，即扫描时样品位置保持不变，驱动探针进行运动的方式。第二种是样品扫描方式，即扫描时探针位置保持不变，驱动样品进行运动的方式。

绝大多数的原子力显微镜都是利用第二种工作方式，即保持探针位置不变，驱动样品运动进行扫描，在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用力，微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏，利用激光检测法可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而获得通过被测样品表面形貌的信息。但是这种工作方式有一个最大的缺陷就是驱动样品进行工作，但是样品的种类、大小、尺寸、重量各种各样，扫描时很容易受到样品的限制影响。而且原子力显微镜的分辨率非常高，都是采用压电陶瓷材料来驱动，这种材料驱动的负载能力很有限，因此采用样品扫描的方式对于那种又大又重的样品是无能为力的。

实用新型内容

为了实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现。

本实用新型提供一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，包括：

基座，用以形成支撑结构；

样品台，用以放置待测样品；

原子力显微镜机构，其包括扫描头、光学观察组件；所述扫描头用以扫描测量所述待测样品，所述光学观察组件用以观察所述扫描头与所述待测样品；

Y轴驱动机构，用以驱动所述样品台前后运动；

Z轴驱动机构，用以驱动所述样品台升降运动；

X轴驱动机构，用以驱动所述原子力显微镜机构左右运动。

优选地，所述样品台为真空吸盘，其吸附于所述Z轴驱动机构的驱动端；所述Z轴驱动机构连接于所述Y轴驱动机构的驱动端。

优选地，还包括支架，其跨设于所述样品台上方；所述X轴驱动机构固定于所述支架。

优选地，还包括第一连接块、第二连接块，其分别连接于所述X轴驱动机构的驱动端，用以分别安装所述扫描头、所述光学观察组件。

优选地，所述扫描头、所述光学观察组件设置于所述X轴驱动机构前方。

优选地，所述扫描头、所述光学观察组件左右设置。

优选地，所述扫描头包括激光器结构、PSD结构、扫描器、探针架、探针；所述探针连接于所述探针架。

优选地，所述PSD结构包括相连的位置探测器、二维调整架。

优选地，所述激光器结构包括相连的激光器、四维调整架。

优选地，所述光学观察组件包括物镜、半透半反镜结构、LED光源、辅助透镜结构、数字相机；

所述半透半反镜结构设置于所述物镜与所述LED光源之间；所述辅助透镜结构设置于所述半透半反镜结构与所述数字相机之间。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，在扫描检测前，通过Y轴驱动机构、Z轴驱动机构调节样品台的位置，扫描时通过X轴驱动机构调节原子力显微镜机构的位置。在扫描时，样品台保持不动，待测样品的种类、尺寸大小、重量不受限制，适用于超大的样品检测；同时由于待测样品不受限制，可拓展性强，光机系统本体非常便于与多种设备联用实现原位检测扩展了光机系统本体的应用范围。

本上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的光机系统本体的立体结构示意图；

图2为本实用新型的原子力显微镜机构的结构爆炸图；

图3为本实用新型的光机系统本体的正视图；

图4为本实用新型的光机系统本体的侧视图。

图中：100、光机系统本体；

10、基座；

20、样品台；

30、原子力显微镜机构；31、扫描头；311、激光器结构；3111、激光器；3112、四维调整架；312、PSD结构；3121、位置探测器；3122、二维调整架；313、扫描器；3131、第一半透半反镜；314、探针架；315、外壳；32、光学观察组件；321、物镜；322、半透半反镜结构；3221、第一筒体；3222、第二筒体；3223、第二半透半反镜；323、LED光源；324、辅助透镜结构；3241、透镜；3242、滤光片；325、数字相机；

40、Y轴驱动机构；

50、Z轴驱动机构；

60、X轴驱动机构；

70、支架；

81、第一连接块；82、第二连接块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，本实用新型的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

本实用新型提供一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，如图1至图4所示，包括光机系统本体100，光机系统本体100包括：

基座10，用以形成支撑结构；

样品台20，用以放置待测样品；

原子力显微镜机构30，其包括扫描头31、光学观察组件32；所述扫描头31用以扫描测量所述待测样品，所述光学观察组件32用以观察所述扫描头31与所述待测样品，以便于进行所述扫描头31与所述待测样品的定位工作；

Y轴驱动机构40，用以驱动所述样品台20前后运动；

Z轴驱动机构50，用以驱动所述样品台20升降运动；

X轴驱动机构60，用以驱动所述原子力显微镜机构30左右运动。

本实施例中，在扫描检测前，通过Y轴驱动机构40、Z轴驱动机构50调节样品台20的位置，扫描时通过X轴驱动机构60调节原子力显微镜机构30的位置。在扫描时，样品台20保持不动，待测样品的种类、尺寸大小、重量不受限制，适用于超大的样品检测；同时由于待测样品不受限制，可拓展性强，光机系统本体100非常便于与多种设备联用实现原位检测扩展了光机系统本体100的应用范围。

在一实施例中，所述样品台20为真空吸盘，其吸附于所述Z轴驱动机构50的驱动端，结构简单、安装便捷；所述Z轴驱动机构50连接于所述Y轴驱动机构40的驱动端。

进一步地，所述真空吸盘位于所述Z轴驱动机构上方，所述Z轴驱动机构位于所述Y轴驱动机构40上方。

在一实施例中，还包括支架70，其跨设于所述样品台20上方；所述X轴驱动机构60固定于所述支架70。

进一步地，基座10、支架70为大理石结构，以提高支撑强度。

在一实施例中，光机系统本体100还包括第一连接块81、第二连接块82，其分别连接于所述X轴驱动机构60的驱动端，用以分别安装所述扫描头31、所述光学观察组件32。

进一步地，所述扫描头31、所述光学观察组件32设置于所述X轴驱动机构60前方，以便于用户观察原子力显微镜机构30的检测状况。

进一步地，所述扫描头31、所述光学观察组件32左右设置，以便于用户观察所述扫描头31、所述光学观察组件32。

在一实施例中，所述扫描头31包括激光器结构311、PSD结构312、扫描器313、探针架314、探针；所述探针连接于所述探针架314。

进一步地，扫描头31包括外壳315；激光器结构311位于外壳315内，扫描器313位于激光器结构311下方，探针架314位于扫描器313下方，位于扫描器313左方。

进一步地，所述PSD结构312包括相连的位置探测器3121、二维调整架3122。二维调整架3122用以调整位置探测器3121的XY二维位置。进一步地，位置探测器3121位于外壳315内，二维调整架3122位于外壳315外。

进一步地，所述激光器结构311包括相连的激光器3111、四维调整架3112。四维调整架3112用以调整激光器3111的XY位置及水平方向的两个角度，以使得激光器3111发出的光斑经过扫描器313后准确的达到探针针尖上，经探针针尖反射的光斑再反射至位置探测器3121。

进一步地，扫描器313内设有第一半透半反镜3131。

在一实施例中，所述光学观察组件32包括物镜321、半透半反镜结构322、LED光源323、辅助透镜结构324、数字相机325；

所述半透半反镜结构322设置于所述物镜321与所述LED光源323之间；所述辅助透镜结构324设置于所述半透半反镜结构322与所述数字相机325之间。

进一步地，所述半透半反镜结构322呈弯折状，包括第一筒体3221、第二筒体3222；物镜321、第一筒体3221、LED光源323的中心线重合；第二筒体3222、辅助透镜结构324、数字相机325的中心线重合。所述半透半反镜结构322内设有第二半透半反镜3223。

进一步地，所述数字相机325设置于所述辅助透镜结构324上方，所述辅助透镜结构324位于半透半反镜结构322上方。物镜321、LED光源323分别位于半透半反镜结构322两侧。

进一步地，辅助透镜结构324内设有透镜3241、滤光片3242。

工作时，LED光源323发出的照明光通过半透半反镜结构322后，经物镜321聚在探针上，再反射回物镜321进行放大，再依次经过半透半反镜结构322、辅助透镜结构324后打在数字相机325上进行成像。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，包括：

基座(10)，用以形成支撑结构；

样品台(20)，用以放置待测样品；

原子力显微镜机构(30)，其包括扫描头(31)、光学观察组件(32)；所述扫描头(31)用以扫描测量所述待测样品，所述光学观察组件(32)用以观察所述扫描头(31)与所述待测样品；

Y轴驱动机构(40)，用以驱动所述样品台(20)前后运动；

Z轴驱动机构(50)，用以驱动所述样品台(20)升降运动；

X轴驱动机构(60)，用以驱动所述原子力显微镜机构(30)左右运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述样品台(20)为真空吸盘，其吸附于所述Z轴驱动机构(50)的驱动端；所述Z轴驱动机构(50)连接于所述Y轴驱动机构(40)的驱动端。

3.根据权利要求1所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，还包括支架(70)，其跨设于所述样品台(20)上方；所述X轴驱动机构(60)固定于所述支架(70)。

4.根据权利要求1所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，还包括第一连接块(81)、第二连接块(82)，其分别连接于所述X轴驱动机构(60)的驱动端，用以分别安装所述扫描头(31)、所述光学观察组件(32)。

5.根据权利要求4所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述扫描头(31)、所述光学观察组件(32)设置于所述X轴驱动机构(60)前方。

6.根据权利要求1所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述扫描头(31)、所述光学观察组件(32)左右设置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述扫描头(31)包括激光器结构(311)、PSD结构(312)、扫描器(313)、探针架(314)、探针；所述探针连接于所述探针架(314)。

8.根据权利要求7所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述PSD结构(312)包括相连的位置探测器(3121)、二维调整架(3122)。

9.根据权利要求7所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述激光器结构(311)包括相连的激光器(3111)、四维调整架(3112)。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于探针移动扫描的原子力显微镜光机系统，其特征在于，所述光学观察组件(32)包括物镜(321)、半透半反镜结构(322)、LED光源(323)、辅助透镜结构(324)、数字相机(325)；

所述半透半反镜结构(322)设置于所述物镜(321)与所述LED光源(323)之间；所述辅助透镜结构(324)设置于所述半透半反镜结构(322)与所述数字相机(325)之间。

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