通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜制造技术

本发明专利技术公开了一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜，包括X形变压电体、扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，第一钳位片钳住扫描杆的中部，X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向扫描。若X形变压电体换成XY形变压电体可得两维杠杆扫描情形。通过调节支点位置，可使压电扫描器自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆减弱作用，从而实现高精度、高稳定扫描。

High precision piezoelectric scanner with lever scanning and scanning probe microscope thereof

The invention discloses a high-precision piezoelectric scanner and scanning probe microscope scanning including X shaped lever, piezoelectric body, scanning bar, first clamping piece, second clamping piece, wherein the first clamping piece is fixed at one end of the X shape piezoelectric body deformation, the other end X shape piezoelectric body for the sake of the free end, one end of the second clamping plates are fixed on the free end and the other end of the rod clamp scanning, scanning bar for the scanning end, scanning direction of deformation rod shaped piezoelectric body is perpendicular to the X, the middle of the first clamp sheet to scan bar, X type X shape piezoelectric body variable drive rod clamp piece around the first scanning scanning bar around the local lever, thus driving rod end X scanning scanning scanning direction. If the X shape transformer is changed into a XY type variable voltage transformer, the two dimensional lever scanning can be obtained. By adjusting the position of the fulcrum, the instability of the free end of the piezoelectric scanner can be reduced by the lever of the scanning rod, thereby achieving high precision and high stability scanning.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电定位器和扫描探针显微镜
，具体是一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜。
技术介绍
压电扫描器的原子定位精度使其被广泛地应用于原子分辨率的扫描探针显微镜（简称SPM），包括扫描隧道显微镜（简称STM）和原子力显微镜（简称AFM）等。应用时通常直接把探针或样品固定于压电扫描器的自由端，通过压电形变直接带动自由端上的探针或样品进行扫描。这种做法的一个显著的缺陷是：当压电体尺寸较大时，其自由端的稳定性下降，定位精度也跟着下降，因为驱动信号上哪怕有很小的电压噪音也能导致压电扫描器自由端产生较大的无规则移动，甚至在温度较高时，即使没有驱动信号，仅凭热涨落运动就能够产生较大的自由端不稳定性。所以，现今的扫描探针显微镜的一个显著的发展趋势是朝着压电扫描器的小型化方向发展的。但是，对较大尺寸压电扫描器的需求又是经常遇到的，有时甚至是必须的，特别是当我们需要扫描较大、较复杂的探针或样品时，就必须使用较大的压电扫描器（否则会产生负载太大，成像畸变严重的问题），这就必然带来了扫描精度与原子分辨率无法得到保证的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜，以提高现有压电扫描器的定位稳定性和定位精度。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体，其特征是还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。所述X形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于X形变压电体之内。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形YZ形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁与滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近的结构。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形YZ形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形YZ形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。所述滑杆是内空的并将所述管形YZ形变压电体共轴地套于其内，管形YZ形变压电体的固定端固定于滑杆内部。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：XY形变压电体，其特征是还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于XY形变压电体形变的一端，XY形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于XY形变压电体的两个形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述XY形变压电体的X与Y形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做对应于这两个自由度的杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X与Y方向的扫描。所述XY形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于XY形变压电体之内。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁于滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形Z形变压电体自由端逼近的结构。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形Z形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。所述滑杆是内空的并将所述管形Z形变压电体共轴地套于其内，管形Z形变压电体的固定端固定于滑杆内部。本专利技术通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的工作原理如下：所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。此处，X形变压电体（即一维压电扫描器）的自由端是带动扫描杆的尾部进行扫描运动的，而探针或样品是固定在扫描杆的另一端（即扫描杆的扫描端）的，扫描杆的中部作为杠杆的支点是被第一钳位片固定的（但扫描杆可以定点转动）。通过调节支点的位置，可以使得X形变压电体自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆作用，在输出端，即扫描杆的扫描端（也即探针或样品所处的位置）得到明显减弱，从而实现了本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体，其特征在于：还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。

【技术特征摘要】
1.通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体，其特征在于：还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。2.根据权利要求1所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：所述X形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于X形变压电体之内。3.一种权利要求2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形YZ形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁与滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近的结构。4.一种权利要求2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形YZ形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形YZ形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。5.根据权利要求4所述的扫描探针显微镜，其特征在于：所述滑杆是内空的并将所述管形YZ形变压电体共轴地套于其内，管形YZ形变压电体的固定端固定于滑杆内部。6.通过杠...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆轻釉，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34