[发明专利]一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜样品移动平台，特别涉及一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台及其控制方法。

背景技术

扫描探针显微镜(SPM)是当代纳米测量及纳米操作加工的有效工具，推动着整个纳米行业的快速发展。样品移动平台是SPM的重要组成部分，其主要包括扫描器和样品台两部分。由于受到扫描器中压电陶瓷管伸长的限制所述扫描器的扫描范围只能达到微米级，若要测量其他不在此范围的目标，就需要用CCD摄像头在微米量级的视场内搜索并用高精度样品移动平台把被测量区域移动、定位到SPM的针尖下方，以便于探针扫描。

当前应用于SPM的样品移动平台主要有两种：一种是手动样品移动平台，其主要通过X-Y两个方向手动旋转精密螺杆来移动样品，根据不同微调旋钮的刻度，其最高精度可达2μm，但若要达到0.1μm精度，则必须使用价格昂贵的差动螺纹丝杆，且若移动1mm，必须转动旋钮80多圈，操纵繁琐；另一种是高精度电控样品移动平台，其基于马达驱动的电控样品移动平台，借助计算机自动控制，配合光学显微镜系统进行样品移动、定位，定位精度可达纳米级，但设计复杂，极大的增加了仪器的成本。

基于以上所述，一种低价位、高精度、操纵方便的样品移动平台的开发很有必要性。

发明内容

针对上述技术中存在的不足，本发明提供一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，所述样品移动平台连接于所述压电陶瓷管5的上方，所述样品移动平台包括，磁钢9，磁性材料，与所述压电陶瓷管5连接；基座8，铁质材料，位于所述磁钢9上方，所述基座8受所述磁钢9磁力作用紧贴于所述磁钢9上表面；样品基片7，轻量型铁质薄片，位于所述基座8上方，受所述磁钢9磁性吸引力作用紧贴于所述基座8表面；其中，所述样品6粘接于所述样品基片7的上表面；所述基座8与所述样品基片7相接触面均为光滑面；所述基座8与所述磁钢9接触面为粗糙面。

优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述压电陶瓷管5连接在传输系统上，所述传输系统包括D/A转换器3及高压放大器4，所述压电陶瓷管5接受来自所述高压放大器4的经所述D/A转换器3转换后的放大电压，并在该电压驱动下运动。

优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述D/A转换器3接受来自DSP控制器2的数字指令并将其转换成所述高压放大器4的输入电压。

优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述DSP控制器2连接在上位机1上，所述DSP控制器2接受自所述上位机操作软件发出的指令且对所述指令进行数字化处理。

优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台，其中所述陶瓷管外壁沿纵轴线方向被均分为四部分，所述四部分分别为X+导电层、X-导电层、Y+导电层及Y-导电层，其中所述X+导电层与所述X-导电层沿纵轴线对称分布，所述Y+导电层与所述Y-导电层沿所述纵轴线对称分布。

本案还公开了一种基于压电陶瓷管的样品移动平台控制方法，其中包括以下步骤，1)分别向所述陶瓷管外壁对称导电层加正负电压，通过控制电压大小使所述陶瓷管上端弯曲，并带动整个样品移动平台按设定方向运行；2)突降电压，所述压电陶瓷管5带动所述磁钢9快速回复至初始位置，所述基座8受摩擦力作用跟随所述磁钢9运动，而所述样品基片7受惯性作用依旧保持步骤1)运动方向；3)反复执行步骤1)和步骤2)直至所述样品6到达扫描区域内，所述样品移动平台完成一次移动。

优选地是，所述的一种基于压电陶瓷管的样品移动平台控制方法，其中通过DSP控制器2控制高精度D/A转换器3输出时延迟时间的长短来控制电压波形。

本发明所提供的一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台及其控制方法，其有益效果为：结构简单，控制方便，且步长可达纳米级。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台中压电陶瓷扫描器5在X方向移动的示意图；

图3是本发明实施例所述基片上待测样品6在观察视野内的定位示意图；

图4a是本发明实施例所述的一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台控制方法的驱动电压校正前波形；

图4b是本发明实施例所述的一种基于压电陶瓷扫描器的样品移动平台控制方法的驱动电压校正后波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。