掃描探針顯微鏡多功能組合探針系統(tǒng)研制.pdf

1、掃描探針顯微鏡是目前一種用途廣泛的表面分析儀器，它不僅廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，還在微納制造和微電子等的應(yīng)用研究領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，目前商業(yè)化的掃描探針顯微鏡主要為單一探針的工作模式，其功能相對(duì)單一，難以實(shí)現(xiàn)一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)功能。例如，在特殊環(huán)境下（如真空或輻射環(huán)境）的微觀磨損實(shí)驗(yàn)中，若采用單一探針模式，在完成磨損實(shí)驗(yàn)后，需要更換曲率半徑更小的針尖才能對(duì)表面磨損區(qū)域進(jìn)行原位的高分辨形貌掃描與

2、觀測(cè)。然而，在更換針尖的過(guò)程中，微觀磨損的實(shí)驗(yàn)環(huán)境勢(shì)必會(huì)遭到破壞，使試樣暴露在大氣中，由此引發(fā)的氧化、電化學(xué)作用、表面污染等將可能造成試驗(yàn)結(jié)果偏離真實(shí)，不利于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)分析。因此，亟需研發(fā)可用于原位實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)的掃描探針顯微鏡多探針原位檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同功能探針的協(xié)同檢測(cè)與分析。
　　基于上述需求，本論文在日本精工公司SPI3800N掃描探針顯微鏡的平臺(tái)上，通過(guò)設(shè)計(jì)高精度的移動(dòng)定位平臺(tái)、可長(zhǎng)距離移動(dòng)的多探針裝夾裝置、光學(xué)窗口以

3、及系統(tǒng)各部分密封裝置，開(kāi)發(fā)出了一套低成本、高效率、穩(wěn)定性好的手動(dòng)式多探針原位檢測(cè)系統(tǒng);在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了具有更高探針定位精度、高自動(dòng)化程度、集成拉曼光譜的多功能組合探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。基于上述研究，本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)研制出了一套低成本、高效率、穩(wěn)定性好的手動(dòng)式多功能組合探針原位檢測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)手動(dòng)高精度定位平臺(tái)、探針支撐結(jié)構(gòu)、光學(xué)窗口以及系統(tǒng)綜合密封，實(shí)現(xiàn)了多功能組合探針系統(tǒng)與掃描探針顯微鏡的有效

4、匹配;在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和加工了手動(dòng)式多功能組合探針原位檢測(cè)系統(tǒng)。
　　(2)研制了一套簡(jiǎn)易的適用于真空長(zhǎng)距離、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大溫差跨度的溫度測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)SPI3800N掃描探針顯微鏡真空腔體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇了鉑熱電阻傳感器和XMT806型智能PID溫控儀，并通過(guò)三線制接法消除由于導(dǎo)線自身電阻產(chǎn)生的溫度測(cè)量誤差。該系統(tǒng)適用于中低真空環(huán)境，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精準(zhǔn)，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。
　　(3)為實(shí)現(xiàn)掃描探針技術(shù)-微區(qū)拉曼兩種技術(shù)的聯(lián)用