[实用新型]一种三位一体薄膜测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于纳米测试技术，具体地说是一种将拉曼光谱仪(RMS)、原子力显微镜(AFM)和表面等离子共振光谱仪(SPR)三种仪器实时共同联用的装置。

背景技术

RMS是20世纪90年代发展起来的分析仪器。其工作原理为：当一束激光照射到样品上，样品分子可以使入射光发生散射，这种散射会使部分光不仅改变了传播方向，而且频率也改变了。这种现象称之为拉曼散射。由于散射光的波长不同于入射光波长，而且带有构成样品的分子信息，现代技术将激光拉曼光谱法用于有机化学、生物化学、环境化学、医学、材料科学等领域并成为确定分子结构的有力工具。

AFM：是上世纪80年代发展起来的一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的新型实验技术。它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上。当探针很靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率改变构建三维图像，就能间接获得样品表面的形貌或原子成分。

SPR是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理可以检测薄膜厚度并可以确定该薄膜材料的折射率的一种新技术。在金属(Au、Ag等)与介质薄膜界面上，一激光以合适的角度入射并通过棱镜偶合，会在界面上发生表面等离子共振。共振发生时表面等离子体吸收入射光的大部分能量，导致反射光强出现一个最低值。改变入射光的频率，还可确定薄膜的折射率。在知道薄膜的折射率的情况下，如果对有膜和无膜的地方分别测试共振入射角，可通过所得两角之差计算出薄膜厚度。SPR对薄膜厚度极为敏感，可达亚纳米级。

目前RMS与AFM联用的仪器(Horiba Jobin Yvon LabRa，Ramanm和Bioscope AFM)已经由德国Bruker公司生产并用于氮化镓纳米导线的研究 ^[1]。RMS与SPR的联用可以使表面信号增强^[2]。但是，将这三种仪器一起联用目前还没有报道，因此本实用新型就是将这三种仪器联用并充分发挥其功能。

[1]N.Marquestaut,D.Talaga,L.Servant,P.Yang,P.Pauzauskie and F.Lagugné Labarthet,Imaging of single GaN nanowires by tip-enhanced Raman spectrosdopy,Journal of Raman,(2009),40(10),1441-45. 

[2]刘钰,徐抒平,唐彬和徐蔚青，表面等离子体共振与表面增强拉曼散射相关性研究光散射学报2010年01期。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种装置使RMS、AFM和SPR可以三位一体联合测试薄膜样品并确定样品的分子结构、表面形貌、薄膜厚度和薄膜材料的折射率。

本实用新型的目的是这样实现的：

所述的拉曼光谱仪、原子力显微镜、表面等离子共振光谱仪三位一体薄膜测试装置，包括拉曼光谱仪、原子力显微镜、表面等离子共振光谱仪各一台，其特征在于，还包括一样品台，所述样品台由一矩形玻璃衬底、一半圆棒棱镜和一半透明金属膜组成，半透明金属膜镀在玻璃衬底上侧，半圆棒棱镜的矩形面紧密贴合于玻璃衬底下侧；拉曼光谱仪的光源以及信号采集装置均设置在样品台的上方，表面等离子共振光谱仪的光源设置在样品台的下方，原子力显微镜设置于样品台上方。为了不影响拉曼光谱测测试效果，拉曼光谱测试时可将原子力显微镜的探针移出测试区域。

所述玻璃片优选K9玻璃片；

所述半透明金属膜优选Au、Ag膜，厚度优选38-40nm；

所述半圆棒棱镜的矩形面小于与其贴合的玻璃衬底侧面。

上述方案中的玻璃衬底可以任意换取，而且待测样品薄膜可以提前或直接在金属膜上制备。