一种包括机械响应于驱动力的探针的扫描探针显微镜。信号产生器向产生驱动力的致动器提供驱动信号，该驱动信号例如用于促使致动器重复地朝向和远离样品移动探针。检测系统布置为输出指示从探针反射的光和高度参考束之间的路径差异的高度信号。图像处理装置布置为使用高度信号来形成样品的图像。信号处理装置布置为在探针接近样品时监控探针且检测探针与样品相互作用的表面位置。响应于表面位置的检测，信号处理装置提示信号产生器修改驱动信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种包括机械响应于驱动力的探针的扫描探针显微镜。信号产生器向产生驱动力的致动器提供驱动信号，该驱动信号例如用于促使致动器重复地朝向和远离样品移动探针。检测系统布置为输出指示从探针反射的光和高度参考束之间的路径差异的高度信号。图像处理装置布置为使用高度信号来形成样品的图像。信号处理装置布置为在探针接近样品时监控探针且检测探针与样品相互作用的表面位置。响应于表面位置的检测，信号处理装置提示信号产生器修改驱动信号。【专利说明】自适应模式扫描探针显微镜本专利技术涉及探针显微镜领域，且更具体而言，涉及利用重复地朝向和远离样品移动的探针的显微镜的新颖操作模式。扫描探针显微镜(SPM)背后的原理是通过监控样品表面和位于附近的探针针尖之间的相互作用获得样品的图或图像。通过机械地在样品表面上方扫描针尖，可以收集特征化感兴趣区域上方的相互作用的数据且产生图或图像。SPM的特定示例是原子力显微镜(AFM)，其中样品和探针的尖锐针尖之间的力相互作用被监控。典型的AFM的探针包括小悬臂，其在基底固定到支撑，且针尖位于在其相反(自由)端。当探针针尖变得与样品靠近时，在样品和针尖之间形成相互作用力。如果针尖运动，例如振荡，则相互作用力将以某种方式修改其运动。如果针尖静止，力将相对于样本表面位移针尖。在扫描过程中，针尖在需要被特征化的样品区域上方移动。三轴(xyz)高分辨率扫描仪典型地产生样品和探针之间的相对移动，驱动样品和/或探针支撑。扫描仪可以是单个集成单元或它可以包含单独的致动器或致动器组。例如，一些AFM采用组合的X、y方向致动器来移动样品且使用单独的z致动器来移动探针。常规地，xy平面一般对应于样品的平面，且z或垂直方向是可以调节探针和样品之间的分离的方向。扫描仪典型地采用压电堆或管道致动器。这些致动器基于应用于压电材料的电压来产生移动，该移动可以使用机械挠曲引导。诸如在W002/063368和W02004/005844中描述的扫描仪之类的备选扫描仪利用机械共振结构的运动来产生xy扫描的一个或更多分量。在扫描过程中，相互作用力对于探针针尖的位置和/或移动的影响被监控。在常规接触模式AFM操作中，监控的相互作用力保持恒定。即，其对于探针的影响被观察且反馈系统操作以响应于任意变化调节样品和悬臂的基底的分离，从而使得观察的参数返回到预定值:反馈系统的设置点。与这种调节(常规地，垂直或“z”移动)相关的数据被收集且可以用于构造跨越其表面区域的样品的图或图像。通过AFM形成的图像的解释将一定程度地依赖于研究的表面的属性。表面形貌一般对于图像的贡献最明显，其次是当探针扫描时被探针紧密跟随的样品高度，但是诸如表面疏水性和亲水性、粘性等其它特性也有贡献。探针和显微镜还可以调适为经由合适的相互作用力测量诸如磁场或电场之类的其它样品属性。AFM可以设计为以各种成像模式操作。在接触模式中，探针连续地保持与样品靠近。在动态(或非接触)模式中，探针通常以在挠曲或扭转模式中悬臂的共振频率振荡。如果静止的针尖用于诸如在接触模式中特征化表面，则在扫描过程中，经由悬臂的弯曲或偏转监控相互作用力中的变化。当针尖和表面之间的相互作用力变化时，针尖被推向表面或远离表面，这导致探针的悬臂部分沿着其长度弯曲或收缩。悬臂的偏转典型地使用光学杠杆系统监控。在本上下文中，偏转表示悬臂的上表面的倾斜，这被AFM使用以提供悬臂弯曲的指示。光束在针尖上方被引导向悬臂的上表面，且朝向诸如分离器或四象限光电二极管之类的位置感应检测器反射。很多源可以用于产生光束。典型地，可以使用发射可见或红外辐射的激光二极管。备选地，可以使用氦氖激光器、超发光二极管(SLD)、LED或发射束能够被准直和/或聚焦于光斑的其它光源。 备选地，AFM可以以动态模式操作。探针通常在其共振频率之一或附近振荡，且样品-探针相互作用中的变化影响探针的运动。具体而言，这些振荡的幅度、相位和频率可以被监控且探针-样品分离可以被调节以维持恒定的平均相互作用。振荡探针的使用意味着探针仅间歇地变得与样品靠近。这具有减小针尖和样品表面之间的横向力的效果。在接触模式中，如果对诸如生物样品或聚合物之类的软材料进行成像，则随着探针在表面上移动形成的横向力可能损坏样品表面。采用的任意措施将是无意义的，或至少涉及变形的表面。这些横向力还可能破环易碎的探针针尖。易碎针尖的示例是具有高纵横比的针尖，即，用于探测样品表面中的窄沟槽的相对于宽度具有长的长度的针尖。另外，在动态模式中操作的AFM通常能够提取更多的材料特有信息。可以看出，AFM可以以很多不同模式配置和使用。应当注意，接触和动态模式以及原子力显微镜的上述描述是为了提供探针显微镜领域的一般介绍且并不意图以任意方式暗示对本专利技术的应用领域的限制。无论其操作模式如何，AFM可以用于获得在空气、液体或真空的环境范围中隔离和传导的各种样品的原子尺度的图像。典型地，它们采用压电致动器、光学杠杆偏转检测器和使用硅制造技术制造的极小悬臂。它们的高分辨率和多样性导致在诸如工业检查、半导体制造、生物研究、材料科学和纳米光刻的多种领域发现其应用。本专利技术的第一方面提供一种用于在探针显微镜中产生探针运动的扫描探针显微镜，该系统包括:探针，其机械地响应于驱动力；信号产生器，其用于向产生所述驱动力的致动器提供驱动信号，所述驱动信号例如用于促使所述致动器重复地朝向和远离样品移动所述探针；检测系统，其布置为输出指示从所述探针反射的光和高度参考束之间的路径差异的高度信号；图像处理装置，其布置为使用所述高度信号来形成所述样品的图像；以及信号处理装置，其布置为在所述探针接近样品时监控所述探针且检测所述探针与所述样品相互作用的表面位置；其中响应于所述表面位置的检测，所述信号处理装置提示所述信号产生器修改所述驱动信号。本专利技术的另一方面提供一种形成样品的图像的方法，该方法包括以下步骤:产生用于重复地朝向和远离所述样品驱动探针的驱动信号；测量指示从所述探针反射的光和高度参考束之间的路径差异的高度信号；使用所述高度信号来形成所述样品的图像；在所述探针接近所述样品时监控所述探针以获得所述探针与所述样品相互作用的表面位置的指示；响应于所述表面位置的指示而调节所述驱动信号。现有技术SPM已知为实施z位置反馈系统，其用于移动悬臂的基底或维持探针与样品表面的平均相互作用。在以动态模式操作的典型AFM的情况中，探针在恒定幅度和频率驱动信号下振荡。对照地，本专利技术经由其驱动信号典型地逐个像素地直接修改探针的运动。现有技术动态模式AFM可以被认为修改探针振荡运动，使得z位置反馈系统尝试将振荡频率、相位或幅度维持在其设置点。然而，通过改变探针和样品之间的分离而不是经由其驱动信号实现现有技术修改。本专利技术提供更灵活的系统，其中，探针运动不仅得以维持，而且响应于被成像的样品的特性被调适。这种概念在下面被称为“自适应驱动”。探针运动可以使用另一 z位置调节系统或与后者无关地实施，该另一 z位置调节系统可以通过向驱动信号添加偏置或通过操作另一致动机构而操作。表面位置是探针与样品相互作用的位置，且典型地是探针可以被认为与样品接触或接近样品的位置。信号处理装置典型地在检测到表面位置(B卩，就在检测到表面位置之后立即或者在检表面检测之后且在驱动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍姆菲瑞斯，
申请(专利权)人：英菲尼特斯马有限公司，
类型：
国别省市：
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