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壓電物鏡掃描器怎么控制探針與樣品之間的距離?

更新時間: 2022-10-21

  壓電物鏡掃描器是SPM的重要部件,它不僅被用來產(chǎn)生探針的三維運動,而且還是測量數(shù)據(jù)的直接來源,因此它對SPM的測量精度影響很大。它結(jié)構(gòu)簡單小巧;機械固有頻率高,對環(huán)境振動不敏感;其圓柱對稱結(jié)構(gòu),有利于消除掃描器在X-Y方向的熱漂移;易于制造。
 
  壓電物鏡掃描器由一個中空的圓柱狀壓電陶瓷管組成,在其外壁均勻?qū)ΨQ地沿軸向鍍上4個金屬電極。其中相對的兩個電極成對使用,施加單極性或雙極性的電壓,產(chǎn)生一個水平方向的掃描運動。
 
  壓電陶瓷管掃描器載著樣品在X-Y平面內(nèi)做微小運動,樣品到針尖的距離會隨著樣品表面形貌的變化而變化,該距離的變化將改變樣品和針尖之間的原子力,原子力的變化會使得懸臂梁產(chǎn)生法相形變。
 
  通過激光反射路徑的變化檢測出微懸臂梁的反向形變程度,相應(yīng)調(diào)整Z向壓電陶瓷保證樣品和針尖的原子力保持恒定。壓電陶瓷管掃描器為徑向極化電極分割的壓電陶瓷管,通常采用四分區(qū)進行分割,可以實現(xiàn)XYZ三維運動。也可以根據(jù)客戶的要求定制進行多區(qū)域分割。
 
  壓電陶瓷是一種性能奇特的材料,當(dāng)在壓電陶瓷對稱的兩個端面加上電壓時,壓電陶瓷會按特定的方向伸長或縮短。而伸長或縮短的尺寸與所加的電壓的大小成線性關(guān)系。即可以通過改變電壓來控制壓電陶瓷的微小伸縮。
 
  通常把三個分別代表X,Y,Z方向的壓電陶瓷促動器組成三角架的形狀,通過控制X,Y方向伸縮達到驅(qū)動探針在樣品表面掃描的目的;通過控制Z方向壓電陶瓷促動器的伸縮達到控制探針與樣品之間距離的目的。
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