[发明专利]一种石英音叉原子力显微镜系统

权利要求书

1.一种利用石英音叉控制原子力显微镜针尖和样品间距的方法，其特征在于：将针尖或碳纳米管装在表面涂有电极的石英音叉的一个叉枝上，针尖的方向和石英音叉电极表面方向垂直。石英音叉的电极的一极连接一频率和幅度可调的信号源A，另一极连接一个与音叉的静态电容(shunt capacitance)相同容抗的电容，在电容D的另一端接一个和信号源A具有相反相位的信号源B。在电容和石英音叉连接点接一个从1千欧姆到100千欧姆的电阻R，和与之并联的具有高输入阻抗的高带宽的放大器，电阻的另一端接地。放大器的输出幅度输入原子力显微镜的反馈信号通道，用来控制针尖和样品的间距，而相位则输入数据采集通道。

2.一种石英音叉原子力显微镜系统，其特征在于，它包括：原子力探针(1)、石英音叉探测器(2)、石英音叉驱动和探测电路(3)、三维样品位置控制器(4)、原子力显微镜控制器(5)和原子力显微镜的其他装备，如防震隔离、进针马达控制等(6)。其中石英音叉驱动和探测电路(3)包括两个幅度相同，相位相反的信号源A和B，他们的频率和幅度同时可以调节，其中信号源B连接一个电容D(5-100pF)，信号源A连接石英音叉探测器。石英音叉探测器的另一端和电容D以及一个电阻R连接(1-100千欧姆)，电阻R的另一端接地。电阻R两端的电压差通过放大器放大后经锁相输出到原子力显微镜控制器。

3.根据权利要求2所述的一种石英音叉原子力显微镜系统，其相位相反的信号源A和B可以由同一个信号源加一个正向放大器和一个反向放大器组成。

4.根据权利要求2所述的一种石英音叉原子力显微镜系统，其针尖可以是化学腐蚀形成的金属针尖或碳纳米管。

5.根据权利要求3所述的一种石英音叉原子力显微镜系统，其针尖可以是化学腐蚀形成的金属针尖或碳纳米管。

6.根据权利要求4所述的一种石英音叉原子力显微镜系统，针尖在组装到音叉探测器上的工序为：将胶水在玻璃片上抹开成薄膜，石英音叉的头部从玻璃片上取得胶水膜。将粘有胶水的音叉头部和针尖的尾部相组装，形成针尖探测器的复合体。