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、生物、醫(yī)學等基礎(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，其功能相對單一，難以實現(xiàn)一些較為復雜的實驗及檢測功能。例如，在特殊環(huán)境下（如真空或輻射環(huán)境）的微觀磨損實驗中，若采用單一探針模式，在完成磨損實驗后，需要更換曲率半徑更小的針尖才能對表面磨損區(qū)域進行原位的高分辨形貌掃描與

2、觀測。然而，在更換針尖的過程中，微觀磨損的實驗環(huán)境勢必會遭到破壞，使試樣暴露在大氣中，由此引發(fā)的氧化、電化學作用、表面污染等將可能造成試驗結(jié)果偏離真實，不利于對實驗結(jié)果的科學分析。因此，亟需研發(fā)可用于原位實驗和觀測的掃描探針顯微鏡多探針原位檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)不同功能探針的協(xié)同檢測與分析。
　　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上，通過設(shè)計高精度的移動定位平臺、可長距離移動的多探針裝夾裝置、光學窗口以

3、及系統(tǒng)各部分密封裝置，開發(fā)出了一套低成本、高效率、穩(wěn)定性好的手動式多探針原位檢測系統(tǒng);在此基礎(chǔ)上，進一步提出了具有更高探針定位精度、高自動化程度、集成拉曼光譜的多功能組合探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。基于上述研究，本文的主要工作及創(chuàng)新點如下:
　　(1)研制出了一套低成本、高效率、穩(wěn)定性好的手動式多功能組合探針原位檢測系統(tǒng)。通過設(shè)計手動高精度定位平臺、探針支撐結(jié)構(gòu)、光學窗口以及系統(tǒng)綜合密封，實現(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)計和加工了手動式多功能組合探針原位檢測系統(tǒng)。
　　(2)研制了一套簡易的適用于真空長距離、復雜結(jié)構(gòu)、大溫差跨度的溫度測量系統(tǒng)。針對SPI3800N掃描探針顯微鏡真空腔體結(jié)構(gòu)特點，選擇了鉑熱電阻傳感器和XMT806型智能PID溫控儀，并通過三線制接法消除由于導線自身電阻產(chǎn)生的溫度測量誤差。該系統(tǒng)適用于中低真空環(huán)境，具有結(jié)構(gòu)簡單，測量精準，成本較低等優(yōu)點。
　　(3)為實現(xiàn)掃描探針技術(shù)-微區(qū)拉曼兩種技術(shù)的聯(lián)用