DE102008020982A1

DE102008020982A1 - Sample positioning device, particularly for scanning probe microscope, particularly atomic force microscope, comprises sampling table and two sample table drives, where one sample table drive has plunger coil arrangement

Info

Publication number: DE102008020982A1
Application number: DE102008020982A
Authority: DE
Inventors: Helmut Wolff
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: DE102008020982B4

Abstract

The sample positioning device (10) comprises a sampling table (12) and two sample table drives (14,16). One sample table drive has a plunger coil arrangement, where other sample table drive has another plunger coil arrangement. The sample table has a base plate (34) and a punch (50) which is connected with the base plate. An independent claim is included for a kit for an atomic force microscope.

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenpositioniervorrichtung, insbesondere für ein Rastersondenmikroskop, mit (a) einem Probentisch, (b) einem ersten Probentischantrieb, der mit dem Probentisch mechanisch gekoppelt ist zum Bewegen des Probentischs in eine erste Richtung, und (c) einem zweiten Probentischantrieb, der mit dem Probentisch mechanisch gekoppelt ist zum Bewegen des Probentischs in eine von der ersten Richtung verschiedene Richtung.The The invention relates to a sample positioning device, in particular for a Scanning probe microscope, comprising (a) a sample table, (b) a first sample table drive, which is mechanically coupled to the sample table for moving the Sample table in a first direction, and (c) a second sample table drive, which is mechanically coupled to the sample table for moving the Sample table in a direction different from the first direction.

Derartige Probenpositioniervorrichtungen werden beispielsweise in Rasterkraftmikroskopen eingesetzt. Rasterkraftmikroskope dienen dazu, die Oberfläche einer Probe abzurastern. Dazu wird ein Cantilever in einer x-y-Ebene bewegt und von der Oberfläche der Probe in eine z-Richtung ausgelenkt. Die Auslenkung wird von einem Messkopf erfasst und die so erhaltenen Daten werden elektronisch, beispielsweise von einem Rechner, verarbeitet.such Sample positioning devices are used for example in atomic force microscopes. Atomic force microscopes serve to scan the surface of a sample. For this purpose, a cantilever is moved in an x-y plane and from the surface of the Sample deflected in a z-direction. The deflection is from a Detected measuring head and the data thus obtained are electronic, for example from a computer, processed.

Die Bewegung in x-Richtung und y-Richtung erfordert eine hohe Positioniergenauigkeit von unter 10 nm und wird daher durch Piezoaktoren ausgeführt. Piezoaktoren haben den Vorteil, eine sehr hohe Positioniergenauigkeit zu erlauben. Nachteilig an bekannten Rasterkraftmikroskopen ist deren hoher Preis.The Movement in the x-direction and y-direction requires a high positioning accuracy of less than 10 nm and is therefore performed by piezo actuators. piezo actuators have the advantage of allowing a very high positioning accuracy. A disadvantage of known atomic force microscopes is their high price.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes Rastersondenmikroskop, insbesondere ein preiswertes Rasterkraftmikroskop, bereitzustellen, so dass beispielsweise auch Schulen Zugang zu Rasterkraftmikroskoptechnologie erhalten können.Of the Invention is based on the object, an inexpensive scanning probe microscope, in particular an inexpensive atomic force microscope to provide so that, for example, schools also have access to atomic force microscope technology can receive.

Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Probenpositioniervorrichtung, bei der zumindest der erste Probentischantrieb eine erste Tauchspule aufweist.The Invention solves the problem by a generic sample positioning, at least the first sample table drive a first plunger coil having.

Bevorzugt wird die Probenpositioniervorrichtung in einem Rasterprobenmikroskop, insbesondere einem Rasterkraftmikroskop eingesetzt.Prefers the sample positioning device is in a raster sample microscope, used in particular an atomic force microscope.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Rastersondenmikroskop ist, dass Probentischantriebe auf Basis von Tauchspulen besonders kostengünstig herstellbar sind. Beispielsweise kann ein Lautsprecher im Probentischantrieb verwendet werden. Derartige Lautsprecher sind Massenprodukte und sind leicht verfügbar. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass auch mit billigen Tauchspulen die hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit erfüllt werden können.Advantageous at the scanning probe microscope according to the invention is that sample stage drives based on plunger coils especially inexpensive to produce are. For example, a speaker in the sample table drive be used. Such speakers are mass-produced and are readily available. It has surprisingly been found that even with cheap plunger coils the high demands on the Positioning accuracy fulfilled can be.

Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rastesondenmikroskops, dass eine Hochspannungsquelle für einen Piezoaktor entbehrlich ist. So kann das Rastersondenmikroskop beispielsweise für Lehrzwecke eingesetzt werden, ohne dass aufwändige Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen sein müssen.It is a further advantage of the scanning probe microscope according to the invention, that a high voltage source for a piezoelectric actuator is dispensable. So can the scanning probe microscope for example Educational purposes are used without elaborate security measures must be provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Probentisch eine Bodenplatte, einen Stempel, der mit der Bodenplatte verbunden ist, und einen in Betriebsstellung oben angeordneten Kopf zur Aufnahme einer zu vermessenden Probe, sowie eine Federstruktur, die mit dem Stempel und der Bodenplatte verbunden ist. Vorteilhaft ist hieran, dass die Federstruktur dämpfend auf etwaige Schwankungen in den Probentischantrieben wirkt.In a preferred embodiment For example, the sample table comprises a bottom plate, a stamp, with the bottom plate is connected, and one in operating position above arranged head for receiving a sample to be measured, as well a spring structure that connects to the punch and the bottom plate is. The advantage of this is that the spring structure dampens any fluctuations in the sample table drives acts.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Federstruktur ein erstes Federelement, einen Zwischenboden und ein zweites Federelement, wobei das erste Federelement an der Bodenplatte und dem Zwischenboden und das zweite Federelement an dem Zwischenboden und dem Kopf befestigt sind. Vorteilhaft ist hieran, dass das erste Federelement und das zweite Federelement anisotrop bezüglich ihrer Federkonstanten ausgebildet werden können, was die Dämpfungseigenschaften verbessert.In a preferred embodiment the spring structure comprises a first spring element, an intermediate bottom and a second spring element, wherein the first spring element on the Base plate and the intermediate bottom and the second spring element the intermediate floor and the head are attached. It is advantageous here that the first spring element and the second spring element anisotropic in terms of their spring constants can be formed, what the damping properties improved.

Besonders bevorzugt verlaufen die erste Richtung und die zweite Richtung senkrecht zueinander, wobei das erste Federelement eine erste Blattfeder ist, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, und wobei das zweite Federelement eine zweite Blattfeder ist, die senkrecht zu der zweiten Richtung verläuft. So werden Schwingungen des Probentischs besonders effektiv unterdrückt.Especially Preferably, the first direction and the second direction are perpendicular to each other, wherein the first spring element is a first leaf spring, which is perpendicular to the first direction, and wherein the second spring element a second leaf spring is perpendicular to the second direction. So vibrations of the sample table are suppressed particularly effectively.

Eine spielfreie und momentfreie Kopplung zwischen dem Probentisch und den Tauchspulen wird erhalten, wenn die erste Tauchspule über eine erste Koppelstange mit dem Stempel verbunden ist und die zweite Tauchspule über eine zweite Koppelstange mit dem Stempel verbunden ist, wobei beide Koppelstangen mittels magnetischer Lagerpunkte jeweils mit der jeweiligen Tauchspule einerseits und dem Stempel andererseits verbunden sind.A backlash-free and torque-free coupling between the sample table and The immersion coils are obtained when the first plunger coil over a first Coupling rod is connected to the stamp and the second plunger coil over a second coupling rod is connected to the stamp, wherein both coupling rods by means of magnetic bearing points in each case with the respective plunger coil on the one hand and the stamp on the other.

Bevorzugt ist die erste Tauchspule Teil eines ersten Lautsprechers, der eine erste Lautsprecherkalotte umfasst, und die zweite Tauchspule ist Teil eines zweiten Lautsprechers, der eine zweite Lautsprecherkalotte umfasst. Dabei ist die erste Koppelstange bevorzugt über einen ersten magnetischen Lagerpunkt mit der ersten Lautsprecherkalotte verbunden und die zweite Koppelstange ist bevorzugt über einen zweiten magnetischen Lagerpunkt mit der zweiten Lautsprecherkalotte verbunden. Es handelt sich bei den Lautsprechern beispielsweise um handelsübliche Einbaulautsprecher, die eine kontinuierliche und vibrationsfreie Bewegung über die Koppelstangen auf die Federelemente übertragen. Auf den Kalotten der Lautsprecher sind ebenfalls magnetische Lagerpunkte angebracht.Preferably, the first plunger coil is part of a first loudspeaker comprising a first loudspeaker dome, and the second plunger coil is part of a second loudspeaker comprising a second loudspeaker dome. In this case, the first coupling rod is preferably connected via a first magnetic bearing point with the first speaker calotte and the second coupling rod is preferably connected via a second magnetic bearing point with the second speaker calotte. The loudspeakers are, for example, commercially available built-in loudspeakers which transmit a continuous and vibration-free movement via the coupling rods to the spring elements. On the calotte The speakers are also magnetic bearing points attached.

Besonders gute Dämpfungseigenschaften werden erhalten, wenn das erste Federelement und/oder das zweite Federelement aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff, besteht. Auf diese Weise werden Schwingungen besonders wirkungsvoll unterdrückt.Especially good damping properties obtained when the first spring element and / or the second spring element made of fiber-reinforced Plastic, in particular of carbon fiber reinforced plastic, consists. In this way, vibrations are suppressed particularly effectively.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch einen Bausatz für ein erfindungsgemäßes Rasterkraftmikroskop mit (a) einem Probentisch, (b) einem ersten Probentischantrieb, der mit dem Probentisch mechanisch koppelbar ist zum Bewegen des Probentischs in eine erste Richtung, (c) einem zweiten Probentischantrieb, der mit dem Probentisch mechanisch koppelbar ist zum Bewegen des Probentischs in eine von der ersten Richtung verschiedene zweite Richtung, wobei der erste Probentischantrieb eine erste Tauchspule aufweist. Bevorzugt weist der zweite Probentischantrieb eine zweite Tauchspule auf.The Invention solves the problem also by a kit for an inventive atomic force microscope with (a) a sample table, (b) a first sample table drive, which is mechanically coupled to the sample table for moving the Sample table in a first direction, (c) a second sample table drive, which is mechanically coupled to the sample table for moving the Sample table in a different direction from the first direction, wherein the first sample table drive has a first plunger coil. The second sample table drive preferably has a second plunger coil on.

Ein solcher Bausatz ist eine räumliche Zusammenstellung von Objekten, die zusammengebaut eine erfindungsgemäße Probenpositioniervorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Rastersondenmikroskop, insbesondere ein erfindungsgemäßes Rasterkraftmikroskop ergeben.One such kit is a spatial Assembly of Objects Assembling a Sample Positioning Device According to the Invention or a scanning probe microscope according to the invention, in particular an atomic force microscope according to the invention result.

Wie oben beschrieben, sind der erste und der zweite Probentischantrieb bevorzugt Lautsprecher. Der Bausatz besitzt zudem vorzugsweise eine erste Koppelstange, eine zweite Koppelstange, eine erste Blattfeder und eine zweite Blattfeder, wobei diese Elemente wie oben beschrieben aufgebaut sind.As described above, are the first and the second stage table drive preferred speakers. The kit also preferably has a first Coupling rod, a second coupling rod, a first leaf spring and a second leaf spring, these elements as described above are constructed.

Zusätzlich kann der Bausatz eine Grundplatte, beispielsweise aus Aluminium umfassen. Diese Grundplatte kann eine Dicke von 5 bis 25 mm aufweisen und an zwei Seiten mit jeweiligen Platten verbunden sein, die ausgebildet sind, um die Lautsprecher aufzunehmen. Vorteilhaft ist zudem, wenn der Bausatz eine elektrische Ansteuereinheit aufweist, die zum Ansteuern des ersten Lautsprechers und des zweiten Lautsprechers aufgebildet ist und eine Schnittstelle, beispielsweise eine serielle Schnittstelle oder eine USB-Schnittstelle zu einem Rechner besitzt.In addition, can the kit includes a base plate, for example made of aluminum. This base plate may have a thickness of 5 to 25 mm and be connected on two sides with respective plates formed are to record the speakers. It is also advantageous if the kit has an electrical drive unit which is used for driving of the first loudspeaker and the second loudspeaker is and an interface, such as a serial interface or a USB interface to a computer.

Die Erfindung betrifft zudem ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop mit einer oben beschriebenen Probenpositioniervorrichtung.The The invention also relates to a scanning probe microscope, in particular an atomic force microscope with a Probenpositioniervorrichtung described above.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtin the Below, the invention will be described with reference to an exemplary embodiment explained in more detail. there shows

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Probenpositioniervorrichtung für ein erfindungsgemäßes Rastersondenmikroskop, 1 a perspective view of a sample positioning device according to the invention for a scanning probe microscope according to the invention,

2 eine zweite perspektivische Ansicht der Probenpositioniervorrichtung nach 1 und 2 a second perspective view of the sample positioning after 1 and

3 eine dritte perspektivische Ansicht der Probenpositioniervorrichtung. 3 a third perspective view of the sample positioning.

1 zeigt eine Probenpositioniervorrichtung 10, das einen Probentisch 12, einen ersten Probentischantrieb 14 und einen zweiten Probentischantrieb 16 umfasst. Der erste Probentischantrieb 14 umfasst einen ersten Lautsprecher 18 mit einem ersten Lautsprechermagnet 20 und einer in 1 nicht eingezeichneten ersten Kalotte (Bezugszeichen 62, 3), die auch als erste Lautsprechermembran bezeichnet werden kann. Die Kalotte kann aus dünnem Metall bestehen, so dass sie auch als Metallmembran bezeichnet werden kann. Der Lautsprechermagnet 20 ist Teil einer ersten Tauchspulenanordnung, die außerdem eine erste Tauchspule umfasst. Die erste Tauchspule ist in den Figuren nicht eingezeichnet. Die Kalotte dient beim ursprünglichen Betrieb des Lautsprechers als solchem zum Abstrahlen von Schall und ist beispielsweise eine Papp- oder Kunststoffmembran. 1 shows a sample positioning device 10 That's a sample table 12 , a first sample table drive 14 and a second stage table drive 16 includes. The first sample table drive 14 includes a first speaker 18 with a first speaker magnet 20 and one in 1 not shown first calotte (reference numeral 62 . 3 ), which can also be referred to as the first speaker diaphragm. The dome can be made of thin metal, so it can also be called a metal membrane. The loudspeaker magnet 20 is part of a first plunger coil assembly, which also includes a first plunger coil. The first plunger coil is not shown in the figures. The dome is used in the original operation of the speaker as such for emitting sound and is for example a cardboard or plastic membrane.

Der zweite Probentischantrieb 16 umfasst einen zweiten Lautsprecher 22 mit einem zweiten Lautsprechermagneten 24 und einer zweiten Kalotte 26, die auch als zweite Lautsprechermembran bezeichnet werden kann. Der Lautsprechermagnet 20 ist Teil einer zweiten Tauchspulenanordnung, die außerdem eine zweite Tauchspule umfasst. Die zweite Tauchspule ist in den Figuren nicht eingezeichnet.The second sample table drive 16 includes a second speaker 22 with a second speaker magnet 24 and a second dome 26 , which can also be referred to as a second speaker diaphragm. The loudspeaker magnet 20 is part of a second plunger coil assembly, which also includes a second plunger coil. The second plunger coil is not shown in the figures.

Der erste Lautsprecher 18 ist an einer ersten Platte 28 und der zweite Lautsprecher 22 ist an einer zweiten Platte 30 befestigt, die ihrerseits jeweils mit einer Grundplatte 32 verbunden und rechtwinklig zueinander und zur Grundplatte angeordnet sind.The first speaker 18 is at a first plate 28 and the second speaker 22 is on a second plate 30 attached, in turn, each with a base plate 32 connected and arranged at right angles to each other and to the base plate.

Auf der Grundplatte 32 ist eine Bodenplatte 34 des Probentischs 12 befestigt. Die Bodenplatte 34 ist über ein erstes Federelement 36 mit einem Zwischenboden 38 verbunden. Das erste Federelement 36 umfasst zwei Blattfedern 40.1, 40.2 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, die eine Dicke von weniger als 500 μm, im vorliegenden Fall nämlich 300 μm, besitzen und parallel zueinander angeordnet sind.On the base plate 32 is a floor plate 34 of the sample table 12 attached. The bottom plate 34 is about a first spring element 36 with an intermediate floor 38 connected. The first spring element 36 includes two leaf springs 40.1 . 40.2 of carbon fiber reinforced plastic having a thickness of less than 500 microns, in the present case, namely 300 microns, and are arranged parallel to each other.

Der Zwischenboden 38 ist über ein zweites Federelement 42 mit einem Kopf 44 verbunden, der eine Aufnahme 46 zum Befestigen einer zu vermessenden Probe besitzt. Das zweite Federelement 42 ist aus zwei Blattfedern 48.1, 48.2 aufgebaut, die aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen, wie die Blattfedern 40.1 und 40.2 gleich groß und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Federelemente 36 und 42 bilden mit dem Zwischenboden 38 eine Federstruktur 49.The intermediate floor 38 is about a second spring element 42 with a head 44 connected to a recording 46 has to attach a sample to be measured. The second spring element 42 is made of two leaf springs 48.1 . 48.2 constructed of carbon fiber reinforced plastic, such as the leaf springs 40.1 and 40.2 are the same size and opposite each other. The spring elements 36 and 42 form with the intermediate floor 38 a spring structure 49 ,

Die Bodenplatte 34 ist über einen Stempel 50 mit der Aufnahme 46 verbunden. Der Stempel 50 ist über eine erste justierbare Koppelstange 52 mit der ersten Kalotte des ersten Lautsprechers 18 so verbunden, dass ein Bestromen des ersten Lautsprechers 18 dazu führt, dass sich die Aufnahme 46 in x-Richtung bewegt. Über eine zweite Koppelstange 54 ist der Stempel 50 mit der zweiten Kalotte 26 des zweiten Lautsprechers 22 so verbunden, dass ein Bestromen des zweiten Lautsprechers 22 die Aufnahme 46 in eine zur x-Richtung senkrecht verlaufende y-Richtung bewegt.The bottom plate 34 is over a stamp 50 with the recording 46 connected. The Stamp 50 is about a first adjustable tie rod 52 with the first dome of the first speaker 18 connected so that a Bestromen of the first speaker 18 that causes the recording 46 moved in the x direction. Over a second coupling rod 54 is the stamp 50 with the second calotte 26 of the second speaker 22 connected so that a Bestromen the second speaker 22 the recording 46 moved in a direction perpendicular to the x-direction y-direction.

Die erste Koppelstange 52 und die zweite justierbare Koppelstange 54 sind jeweils über magnetische Lagerpunkte mit der jeweiligen Kalotte und dem Stempel zur spielfreien und momentfreien Übertragung von Zug und Schub verbunden, wobei lediglich der magnetische Lagerpunkt 56 zu sehen ist, der auf die zweite Kalotte 26 aufgeklebt ist.The first coupling rod 52 and the second adjustable connecting rod 54 are each connected via magnetic bearing points with the respective dome and the punch for backlash and torque-free transmission of train and thrust, with only the magnetic bearing point 56 you can see it on the second calotte 26 is glued on.

2 zeigt die Probenpositioniervorrichtung 10 in einer anderen Perspektive, in der auch ein Lagerpunkt 58 zu erkennen ist, in dem die zweite Koppelstange 54 mit dem Stempel 50 verbunden ist. Nicht eingezeichnet ist eine elektrische Ansteuereinheit, die ausgebildet ist, um den ersten Lautsprecher 18 und den zweiten Lautsprecher 22 so anzusteuern, dass die Aufnahme 46 auf eine vorbestimmte Position relativ zu der Grundplatte 32 positioniert wird. 2 shows the sample positioning 10 in a different perspective, in which also a bearing point 58 can be seen, in which the second coupling rod 54 with the stamp 50 connected is. Not shown is an electrical drive unit, which is designed to the first speaker 18 and the second speaker 22 to control that recording 46 to a predetermined position relative to the base plate 32 is positioned.

Die Probenpositioniervorrichtung 10 kann ein Wegmesssystem für eine Wegmessung in x-Richtung sowie ein Wegmesssystem für eine Wegmessung in y-Richtung umfassen. Optional kann eine z-Verfahrachse eingebaut sein, die einen Piezo-Schallwandler umfasst, der bei einer Spannungsschwankung von +40 V auf –40 V einen Hub von +5 μm bzw. –5 μm relativ zu einer Nulllage erzeugt und sehr schnell bewegt werden kann, um Unebenheiten einer Probe auf der Aufnahme 46 auszugleichen.The sample positioning device 10 may include a displacement measuring system for a displacement measurement in the x-direction and a displacement measuring system for a displacement measurement in the y-direction. Optionally, a z-axis can be incorporated, which includes a piezoelectric transducer, which generates a stroke of +5 microns or -5 microns relative to a zero position at a voltage swing of +40 V to -40 V and can be moved very quickly to unevenness of a sample on the recording 46 compensate.

Alternativ kann die z-Verfahrachse einen Metallmembranlautsprecher umfassen, der beispielsweise bei einer Spannungsschwankung von +40 V auf –40 V und/oder 250 mA betrieben zu werden und einen Hub von +5 μm bzw. –5 μm aufweist. Dieser Metallmembranlautsprecher kann zudem ausgebildet sein, um den angegebenen Hub bei einer Spannungsschwankung weniger als +4 V auf –4 V, beispielsweise von +2 V auf –2 V, auszuführen. In diesem Fall kann das Wegmesssystem und das Rasterkraftmikroskop mit einer Spannung von ±2 V betrieben werden, was für eine Verwendung des Rasterkraftmikroskops als Schulgerät besonders günstig ist.alternative can the z-travel axis comprise a metal diaphragm speaker, for example, with a voltage swing of +40 V to -40 V and / or 250 mA and has a stroke of +5 microns and -5 microns. This metal diaphragm speaker can also be designed to the specified stroke at a voltage fluctuation less than +4 V to -4 V, for example from +2 V to -2 V, execute. In this case, the displacement measuring system and the atomic force microscope with a voltage of ± 2 V be operated, what for a use of the atomic force microscope as a school device especially is cheap.

Die Grundplatte 32 ist quadratisch und aus Aluminium aufgebaut. Die Abmessungen sind 100 mm × 100 mm, wobei die Grundplatte 32 10 mm dick ist.The base plate 32 is square and made of aluminum. The dimensions are 100 mm × 100 mm, with the base plate 32 10 mm thick.

Die Lautsprecher 18, 22 sind ausgebildet, um mit Spannungen zwischen –2 V und + 2 V und 250 mA betrieben zu werden. Die Lautsprecher sind so aufgebaut, dass die Aufnahme 46 bei den angegebenen Spannungen um +50 μm bzw. –50 μm ausgelenkt werden. Es ist auch möglich, die Lautsprecher mit einer höheren Spannung, beispielsweise zwischen +/–10 V, und einem höheren Strom, beispielsweise bis 1 A zu betreiben. Die Auslenkung der Federelemente kann dann beispielsweise zwischen –250 μm und +250 μm liegen.The speaker 18 . 22 are designed to operate with voltages between -2V and + 2V and 250mA. The speakers are constructed so that the recording 46 be deflected by +50 μm or -50 μm at the specified voltages. It is also possible to operate the loudspeakers with a higher voltage, for example between +/- 10 V, and a higher current, for example up to 1 A. The deflection of the spring elements can then for example be between -250 microns and +250 microns.

Der in 1 gezeigte Aufbau kann auch als Mikroskoptisch oder als Mikromanipulator eingesetzt werden.The in 1 The structure shown can also be used as a microscope stage or as a micromanipulator.

3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskops 10, bei dem ein weiterer Lagerpunkt 60 zu erkennen ist, in dem die erste Koppelstange 52 mit der ersten Kalotte 28 verbunden ist. 3 shows a further perspective view of the atomic force microscope according to the invention 10 in which another bearing point 60 it can be seen in which the first coupling rod 52 with the first dome 28 connected is.

Das erfindungsgemäße Rasterkraftmikroskop umfasst die Probenpositioniervorrichtung 10 und eine nicht eingezeichnete Cantilever-Einheit, die an der Probenpositioniervorrichtung 10 befestigt ist, und eine elektrische Schnittstellenvorrichtung zum Ansteuern von erstem Probentischantrieb 14 und zweitem Probentischantrieb 16 mit einer Genauigkeit von unter 10 nm und zum Auslesen von Messdaten der Cantilever-Einheit. Es kann auch ein in seiner Spannung einstellbares Netzteil vorhanden sein.The atomic force microscope according to the invention comprises the sample positioning device 10 and a cantilever unit, not shown, attached to the sample positioning device 10 is fixed, and an electrical interface device for driving the first sample table drive 14 and second sample table drive 16 with an accuracy of less than 10 nm and for reading out measured data of the cantilever unit. It can also be present in its voltage adjustable power supply.

Ein erfindungsgemäßer Bausatz umfasst die oben beschriebenen Komponenten und Verbindungselemente zum Verbinden der Komponenten zu einer erfindungsgemäßen Probenpositioniervorrichtung oder zu einem erfindungsgemäßen Rasterkraftmikroskop.One Kit according to the invention includes the components and connectors described above for connecting the components to a sample positioning device according to the invention or to an atomic force microscope according to the invention.

1010: ProbenpositioniervorrichtungProbenpositioniervorrichtung
1212: Probentischsample table
1414: erster Probentischantriebfirst Sample table drive
1616: zweiter Probentischantriebsecond Sample table drive
1818: erster Lautsprecherfirst speaker
2020: erster Lautsprechermagnetfirst Speaker magnet
2222: zweiter Lautsprechersecond speaker
2424: zweiter Lautsprechermagnetsecond Speaker magnet
2626: zweite Kalottesecond dome
2828: erste Plattefirst plate
3030: zweite Plattesecond plate
3232: Grundplattebaseplate
3434: Bodenplattebaseplate
3636: erstes Federelementfirst spring element
3838: Zwischenbodenfalse floor
4040: Blattfederleaf spring
4242: zweites Federelementsecond spring element
4444: Kopfhead
4646: Aufnahmeadmission
4848: Blattfederleaf spring
4949: Federstrukturspring structure
5050: Stempelstamp
5252: erste Koppelstangefirst coupling rod
5454: zweite Koppelstangesecond coupling rod
5656: Lagerpunktbearing point
5858: Lagerpunktbearing point
6060: Lagerpunktbearing point
6666: erste Kalottefirst dome

Claims

Sample positioning device, in particular for a scanning probe microscope, having (a) a sample table ( 12 ), (b) a first sample table drive ( 14 ), which is connected to the sample table ( 12 ) is mechanically coupled, for moving the sample table ( 12 ) in a first direction (x), (c) a second sample table drive ( 16 ), which is connected to the sample table ( 12 ) is mechanically coupled, for moving the sample table ( 12 ) in a second direction (y) different from the first direction (x), characterized in that (d) the first sample table drive ( 14 ) has a first plunger coil assembly.

Scanning probe microscope, in particular atomic force microscope, with a sample positioning device ( 10 ) according to claim 1.

Scanning probe microscope according to claim 2, characterized in that the second sample stage drive ( 16 ) has a second plunger coil assembly.

Scanning probe microscope according to one of claims 2 or 3, characterized in that the sample table ( 12 ) (i) a bottom plate ( 34 ), (ii) a stamp ( 50 ), with the bottom plate ( 34 ) is connected and a top in operating position arranged head ( 44 ) for receiving a sample to be measured, and (ii) a spring structure connected to the punch ( 50 ) and the bottom plate ( 34 ).

Scanning probe microscope according to one of claims 2 to 4, characterized in that the spring structure ( 48 ) - a first spring element ( 36 ), - an intermediate floor ( 38 ) and - a second spring element ( 42 ), - wherein the first spring element ( 36 ) on the bottom plate ( 34 ) and the intermediate floor ( 38 ) and the second spring element ( 42 ) at the intermediate floor ( 38 ) and the head ( 44 ) is attached.

Atomic force microscope according to claim 5, characterized in that - the first direction (x) and the second direction (y) are perpendicular to each other, - the first spring element ( 36 ) a first leaf spring ( 40 ) which is perpendicular to the first direction (x) and - the second spring element ( 42 ) a second leaf spring ( 48 ) which is perpendicular to the second direction (y).

Atomic force microscope according to one of claims 3 to 6, characterized in that - the first plunger coil arrangement via a first coupling rod ( 52 ) with the stamp ( 50 ) is connected and - the second plunger coil assembly via a second coupling rod ( 54 ) with the stamp ( 50 ), both coupling rods ( 52 . 54 ) by means of magnetic bearing points ( 56 . 58 . 60 ) each with the respective plunger coil assembly on the one hand and the punch ( 50 ) on the other hand.

Atomic force microscope according to one of claims 2 to 7, characterized in that - the first plunger coil assembly part of a first speaker ( 18 ), which is a first loudspeaker dome ( 62 ) and - the second plunger coil arrangement is part of a second loudspeaker ( 22 ), which is a second loudspeaker dome ( 26 ), - wherein the first coupling rod ( 52 ) via a first magnetic bearing point ( 60 ) with the first loudspeaker dome ( 62 ) and - the second coupling rod ( 54 ) via a second magnetic bearing point ( 56 ) with the second loudspeaker dome ( 26 ) connected is.

Scanning probe microscope according to one of claims 5 to 8, characterized in that the first spring element ( 36 ) and / or the second spring element ( 42 ) consists of fiber-reinforced plastic, in particular carbon fiber reinforced plastic.

An atomic force microscope kit according to any one of claims 2 to 9, comprising (a) a sample stage ( 12 ), (b) a first sample table drive ( 14 ), which is connected to the sample table ( 12 ) is mechanically coupled, for moving the sample table ( 12 ) into a first rich (x), (c) a second sample table drive ( 16 ), which is connected to the sample table ( 12 ) is mechanically coupled, for moving the sample table ( 12 ) in a second direction (y) different from the first direction (x), (d) wherein the first sample table drive ( 14 ) has a first plunger coil assembly.

Kit according to claim 10, characterized in that the first sample table drive ( 14 ) and the second sample table drive ( 16 ) are formed by speakers.

Kit according to claim 10 or 11, characterized by - a first coupling rod ( 36 ), - a second coupling rod ( 42 ), - a first leaf spring ( 40 ) and - a second leaf spring ( 48 ).