[发明专利]一种原子力显微镜探针的夹持工具

说明书

本发明公开了一种原子力显微镜探针的夹持工具，属于微波检测技术领域。该原子力显微镜探针的夹持工具包括探针定位块，主板，压片，转接头，压电陶瓷片五部分。所述探针定位块固定于主板上，并与压电陶瓷片胶固定。探针定位块用于探针的定位。主板用于实现压片对探针夹持的作用。本夹持工具用于原子力显微镜的微波探测，结构简单，易于操作，同时，增加和改善了微波输入的端口，能够有效降低微波传输损耗，从而提高微波探测的效果。

技术领域

本发明涉及微波检测技术领域，特别是涉及原子力微波显微镜检测技术领域，具体为一种原子力显微镜探针的夹持工具。

背景技术

20世纪80年代，IBM公司苏黎世研究中心的Binning等人发明了第一台原子力显微镜，随着科学技术的发展和科研人员的不断改进与创新，原子力显微镜的功能得到了进一步提高。原子力显微镜的基本原理是将一个对微弱力极敏感的微悬臂探针一端固定在夹持装置上，另一端通过一微小的针尖与样品表面进行相互作用。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂上针尖相对样品表面各点的位置变化，从而获得样品表面的形貌信息。在成像过程中，探针与被测样品间的距离保持在纳米量级。探针的几何尺寸为微米量级，工作模式可分为接触模式、非接触模式和敲击模式。接触模式是探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，而相互作用力是排斥力。扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10^-10～10^-6N。非接触模式是悬臂在距离试样表面上方5～10nm的距离处振荡，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10-12N，样品不易被破坏。敲击模式是悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/敲击样品表面。原子力显微镜在不同工作模式下，其检测探针的类型也不相同，因此如何快速有效地安装、更换微悬臂探针是急需解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种原子力显微镜探针的夹持工具，结构简单，操作方便，能够将微波直接加载到探针上，减少了微波的损耗，从而可以提高了微波的传输效率，并且提高了微波传输的稳定性，降低了客观因素对实验数据的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种原子力显微镜探针的夹持工具，可以用于微波检测领域，包括：探针定位块、主板、压片、转接头和压电陶瓷片。探针定位块顶面设置第二凹槽，即探针槽，用于探针的定位固定。主板顶面设置定位槽和竖直的螺丝孔，螺丝孔位于定位槽尾端后方，主板底面上设置有转接头放置腔，转接头放置腔和定位槽之间通过竖直的微波线腔连通，主板上还设置有第一凹槽，第一凹槽位于定位槽首端下方，且第一凹槽和定位槽连通，转接头放置腔通过竖直的电源线腔和第一凹槽连通；压片后半部分尾部设置有螺丝孔，压片与探针定位块、定位槽协同作用实现探针的夹持，压片底面上还设置有探针-压片微波通道，转接头为块状结构，转接头上加工有微波加载端口、电源加载端口。

在使用探针夹持工具过程中，转接头固定在转接头放置腔，探针定位块固定在主板上定位槽的首端，压电陶瓷片固定在第一凹槽，压电陶瓷片用于起振探针，实现探针的探测作用，压电陶瓷片和探针定位块接触且位于探针定位块下方，确保将压电陶瓷片的振动能够传递到探针，探针定位块第二凹槽内放置探针，压片的前半部分首端将探针压住，压片后半部分用螺丝固定在主板上，压片固定后位于定位槽内，电源和微波源通过转接头的电源加载端口、微波加载端口加载，电源线通过电源线腔直接连接到压电陶瓷片上，达到将振动传给探针的作用，微波线通过微波线腔与压片上探针-压片微波通道与探针相接，达到微波给探针的加载的作用。本发明易于操作，能够实现高效稳定的微波加载；能够实现探针夹的快速装卸、探针的快速安装和固定，以及为探针探测提供所需的振动。

上述的一种原子力显微镜探针的夹持工具，探针定位块顶面为斜面，且从顶面首端斜向下倾斜，主板顶面为台阶面，上台阶面整体设置成斜面，上台阶面的倾斜度和探针定位块顶面倾斜度相同，定位槽位于上台阶面上，螺丝孔位于下台阶面上。探针在探针定位块中被夹持后，夹持工具顶面朝下使得探针与样品接触，由于探针定位块顶面为斜面，主板上台阶面为斜面，斜面与样品之间存在间隙，防止在探针工作过程中，夹持工具刮伤样品。