【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫描探针显微镜，尤其涉及一种集成式多头快速切换型扫描探针显微镜及扫描方法。
技术介绍
1、扫描探针显微镜(spm)是一种广泛应用于材料科学和纳米
的显微镜，它通过探针的扫描运动获取样本表面的信息。spm家族包括多种类型的显微镜，如扫描隧道显微镜(stm)、原子力显微镜(afm)、磁力显微镜(mfm)、扫描电容显微镜(scam)、扫描近场光学显微镜(snom)、静电力显微镜(efm)、扫描电化学显微镜(secm)以及扫描热显微镜(sthm)等。每一种spm都具有独特的成像原理和应用，如扫描隧道显微镜的原理是通过探测探针与样品之间的隧穿电流来获取试样表面电荷分布信息；原子力显微镜则是通过探测探针与试样之间的力信息来获取表面形貌特征；而磁力显微镜则通过探测探针与试样表面间的磁相互作用来获取表面磁分布；扫描电容显微镜用于探测金属探针与试样之间的电容分布等。
2、虽然这些扫描探针显微镜具有专业性，但这也带来了一些限制。例如，扫描隧道显微镜仅能探测金属或半导体样品表面的电荷分布，而无法获取力信息、表面真实形貌、绝缘样品以及电容分布等数据。原子力显微镜只能检测样品形貌，无法获取试样表面的磁分布和电荷分布等信息。磁力显微镜则只能探测试样磁畴分布，不能检测其他有效信息。因此，要全面探测一个试样的表面信息，需要切换使用不同的扫描探针显微镜进行表征，这无疑增加了操作的复杂性和成本。
3、此外，这些显微镜的价格也十分昂贵，单台设备的售价通常在十数万至数百万之间。而且更换样品也是一项耗时且精细的工作。如果样品需
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供集成式多头快速切换型扫描探针显微镜；本专利技术的另一目的是提供所述扫描探针显微镜的扫描方法。
2、技术方案：本专利技术所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜包括共用惯性马达、多根压电扫描管、方形重物块、弹簧片、样品台、金属外壳、滑杆、限位环、绝缘环、固定绝缘环以及绝缘顶盖，所述共用惯性马达上边设置有绝缘顶盖，绝缘顶盖上固定方形重物块，所述共用惯性马达在横向1/4处分割为两部分，分别为横向惯性马达和纵向惯性马达，电极分割处粘接固定绝缘环，且绝缘环外有两处和金属外壳固定的凸起，金属外壳包裹整个共用惯性马达以及方形重物块之上的探针扫描头，金属外壳侧边为滑杆，滑杆顶端由连接杆连接，连接杆上粘接有样品台。
3、进一步地，所述共用惯性马达包括四个外电极和一个内电极，四个外电极分别称为+x、-x、+y、-y。
4、进一步地，所述横向惯性马达用于在xy平面内惯性甩动，四个外电极分别称为+x、-x、+y、-y，上端粘接绝缘顶盖。
5、进一步地，所述纵向惯性马达用于在z轴方向惯性步进，底部外粘接有底部绝缘环。
6、进一步地，所述方形重物块设置在横向惯性马达上端缘顶盖之上，四个角上固定有四个不同的扫描探针扫描头，探针扫描头与方形重物块之间电气隔绝。
7、进一步地，所述金属外壳上的限位环位于整个外壳的上侧，方形重物块位于限位环中心。
8、进一步地，所述滑杆的空心圆柱体和外壳的空心圆柱体的内外径均相等。
9、进一步地，滑杆和共用惯性马达的底部绝缘环通过一对弹簧片弹性连接。
10、进一步地，所述滑杆设置为透明。
11、所述扫描方法包括如下步骤：
12、(1)横向惯性马达内电极接地，控制四个外电极甩动其上方的方形重物块在xy平面移动，直至其处于限位环的相应角落，此时会有一根相应的扫描头与共用惯性马达同轴，即处于共用惯性马达正中心，也就是样品的正下方；
13、(2)纵向惯性马达四个外电极连为一起，内电极接地，给马达外电极施加缓慢伸长的电压信号，此时马达底部会连同滑杆一起向下移动，然后给马达一个快速缩短信号，则马达底部会缩短，而滑杆由于惯性作用，相对于马达向下移动了一步，滑杆连同样品接近探针，重复步骤(1)直到stm探针到达样品表面；
14、(3)当探针到达样品表面后，控制扫描头的四个外电极施加扫描信号对样品进行扫描；
15、(4)扫描完毕后，若需要更换其他扫描头，可以控制纵向惯性马达及扫描头远离样品，共用惯性马达底部连同滑杆一起向上移动，给共用惯性马达一个快速伸长信号，共用惯性马达底部会伸长，滑杆由于惯性作用，相对于马达向上移动，滑杆连同样品远离探针；
16、(5)当足够远之后，再控制横向惯性马达甩动其上方的方形重物块在xy平面移动，例如向+x和-y方向移动，直至其处于限位环的相应角落，此时相应的扫描头(例如此与共用惯性马达同轴；
17、(6)重复上述步骤(2)和步骤(3)，将afm扫描头和探针送至样品表面，并进行相应扫描。
18、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：可以大力扩展原来单个显微镜的应用领域，显著降低显微镜的成本，还可以节约不同显微镜来回切换所消耗的准备时间，本专利技术的显微镜具备快速切换不同扫描头的能力，从而显著提高了显微镜的使用效率和便捷性。
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1.一种集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：包括共用惯性马达(1)、多根压电扫描管、方形重物块(3)、弹簧片(4)、样品台(5)、金属外壳(2)、滑杆(6)、限位环(7)、绝缘环(8)、固定绝缘环(9)以及绝缘顶盖(10)，所述共用惯性马达(1)顶部设置有绝缘顶盖(10)，底部设置有绝缘环(8)，绝缘顶盖(10)上固定方形重物块(3)，所述共用惯性马达(1)在横向1/4处分割为两部分，分别为横向惯性马达(11)和纵向惯性马达(12)，电极分割处粘接固定绝缘环(9)，且绝缘环(9)外有两处和金属外壳(2)固定的凸起，金属外壳(2)包裹整个共用惯性马达(1)以及方形重物块(3)之上的探针扫描头，金属外壳(2)侧边为滑杆(6)，滑杆(6)顶端由连接杆连接，连接杆上粘接有样品台(5)。
2.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述共用惯性马达(1)包括四个外电极和一个内电极，四个外电极分别称为+X、-X、+Y、-Y。
3.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述横向惯性马(11)达用于在X
4.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述纵向惯性马达(12)用于在Z轴方向惯性步进，底部外粘接有固定绝缘环(9)。
5.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述方形重物块(3)设置在横向惯性马达上端缘顶盖之上，四个角上固定有四个不同的扫描探针扫描头，探针扫描头与方形重物块(3)之间电气隔绝。
6.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述金属外壳(2)上的限位环(7)位于整个外壳的上侧，方形重物块(3)位于限位环(7)中心。
7.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述滑杆(6)的空心圆柱体和外壳的空心圆柱体的内外径均相等。
8.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：滑杆(6)和共用惯性马达(1)的底部绝缘环(8)通过一对弹簧片(4)弹性连接。
9.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述滑杆(6)设置为透明。
10.一种集成式多头快速切换型扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：包括共用惯性马达(1)、多根压电扫描管、方形重物块(3)、弹簧片(4)、样品台(5)、金属外壳(2)、滑杆(6)、限位环(7)、绝缘环(8)、固定绝缘环(9)以及绝缘顶盖(10)，所述共用惯性马达(1)顶部设置有绝缘顶盖(10)，底部设置有绝缘环(8)，绝缘顶盖(10)上固定方形重物块(3)，所述共用惯性马达(1)在横向1/4处分割为两部分，分别为横向惯性马达(11)和纵向惯性马达(12)，电极分割处粘接固定绝缘环(9)，且绝缘环(9)外有两处和金属外壳(2)固定的凸起，金属外壳(2)包裹整个共用惯性马达(1)以及方形重物块(3)之上的探针扫描头，金属外壳(2)侧边为滑杆(6)，滑杆(6)顶端由连接杆连接，连接杆上粘接有样品台(5)。
2.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述共用惯性马达(1)包括四个外电极和一个内电极，四个外电极分别称为+x、-x、+y、-y。
3.根据权利要求1所述的集成式多头快速切换型扫描探针显微镜，其特征在于：所述横向惯性马(11)达用于在xy平面内惯性甩动，四个外电极分别称为+x、-x、+y、-y，上端粘接绝缘顶盖(10)。...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨紫琪，郭颖，谢国康，赵兴强，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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