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专利号: 2016100326467
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-10-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用射频探针扫描材料表面的方法,其特征在于:将探针躯干上的射频传输线与射频谐振电路上的射频电感连接形成LC射频谐振电路,利用射频谐振电路对电抗(容抗和阻抗)的敏感特性,当探针针尖在样品表面逐点扫描时,引起谐振电路谐振频率的变化,通过射频读出电路高速读出频率信号,并将谐振频率信号输入原子力显微镜的反馈信号通道中,通过信号处理,从而实现样品表面形貌成像。

2.一种射频探针原子力显微镜系统,包括射频探针、射频谐振电路、射频读出电路、石英音叉探测器、音叉调控电路、XYZ三维样品台、原子力显微镜控制器、及其他电学仪器设备,如射频信号发生器、前置放大器、万用表等。其中,所述的射频探针作为一种原子力显微镜探针用于扫描样品表面;所述的射频谐振电路用于与射频探针上的微带线集成形成LC射频谐振电路;所述的射频读出电路包括功率分配器、衰减器、低噪声放大器、混频器和低通滤波器等,负责射频输入信号的分配、衰减、射频信号的混频、滤波和放大检测,用于驱动射频探针、检测并高速读出扫描时的射频谐振信号;所述的XYZ三维样品台,用于放置并移动样品,实现三维形貌扫描成像;所述的原子力显微镜控制器包括信号处理单元和扫描控制器,结合所述的石英音叉探测器、音叉调控电路、及XYZ三维样品台可用于控制原子力显微针尖和样品间距,并实现信号的转换及传输,最终实现样品表面形貌的成像和显示。

其特征在于:将针尖装在一个表面涂有胶水的石英音叉臂上,将音叉两个电极接入到音叉调控电路,将集成后的音叉组装至原子力显微镜控制器上,通过石英音叉探测器的信号进行反馈,控制针尖和样品之间处于恒定作用力,用来控制针尖和样品的间距。利用与音叉集成的射频探针对样品进行形貌扫描,通过反馈至原子力显微镜控制器的射频谐振信号,得到样品各点的高度,并将信号传送至信号处理单元,进行样品表面形貌的成像和显示。

3.根据权利要求1所述的一种射频探针,其特征在于探针躯干上集成有射频传输线。

4.根据权利要求1所述的一种射频探针,其针尖可以是悬臂梁式或非悬臂梁式的硅探针、纤维探针、Si3N4探针。

5.根据权利要求2所述的一种射频探针原子力显微镜系统,其针尖可以是悬臂梁式或非悬臂梁式的硅探针、纤维探针、Si3N4探针。

6.根据权利要求1-2所述的一种射频谐振电路,其特征在于该射频谐振电路上集成有射频电感,与射频探针上的射频传输线连接后形成透射式或反射式LC射频谐振电路,提供射频信号的输入及输出。

7.根据权利要求1-6所述的一种射频探针原子力显微镜系统,针尖集成至原子力显微镜系统的工序为:在音叉臂上涂上胶水,将探针与粘有胶水的音叉组装在一起,然后将与音叉集成后的探针躯干上的射频传输线通过引线,与射频谐振电路上的射频电感连接,形成射频原子力探针的复合体。

8.根据权利要求1-7所述的一种射频探针原子力显微镜系统,与音叉集成的探针,其针尖方向可以和音叉电极表面方向垂直或平行,使石英音叉探测器处于轻敲或剪切力模式。

9.根据权利要求1-8所述的一种射频探针原子力显微镜系统,利用音叉控制探针针尖与样品表面的间距,所处的扫描模式可以为非接触模式。

10.根据权利要求1-9所述的一种射频探针原子力显微镜系统,其针尖既可接触样品表面,通过音叉形变进行信号的反馈,也可在非接触模式下,利用射频信号进行反馈。