一种可分离式扫描隧道显微镜样品架

1.本实用新型涉及扫描隧道显微镜(stm)技术领域，特别涉及一种可分离式扫描隧道显微镜样品架。


背景技术：

2.扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，stm）的基本原理是量子隧穿效应，针尖与样品作为两个电极，当针尖与样品距离很近时，在外加偏压的作用下针尖和样品之间产生隧穿电流，通过记录隧穿电流的变化获得样品表面的高度信息。
3.现有技术中，由于针尖与样品之间的距离达到原子尺度，因此在扫描过程中有时针尖会不可避免的碰到样品，导致其导电性变差，影响样品的扫描。此时，若是扫描导电性不好的样品，通常会转换到导电性良好的金属单晶样品上进行针尖修饰，通过针尖与金属单晶的相互作用来改善针尖导电性后，再换回原有的样品继续扫描。
4.实验中的样品通常不是金属单晶样品，而是导电性较差的非金属样品。由于扫描隧道显微镜系统中扫描台只能放置一个样品架，当导电性差的样品进行实验遇到针尖状态变差的情况时，需要进行针尖修饰。此时，需要将实验样品从stm扫描台中取出，换上金属单晶样品之后再进行针尖的处理修饰，等针尖在金属单晶样品上处理好，再换上实验样品继续扫描。更换样品后，需等样品温度降至低温并保持稳定才可重新扫描，这个过程通常需要两三个小时。而且实验中样品的转移、环境的变化使得样品表面很容易受到污染，程度严重时，需重新制备样品。这都极大地增加了实验的时间成本，并且容易错失发现新现象的机会。此外，若将实验样品和辅助样品同时固定在一个样品架上，虽可解决上述问题，但是实验表征前需要对实验样品和辅助样品分别进行处理，两者的处理条件通常是不一样的，若对其中一个样品处理势必会对另一个样品造成污染与破坏。
5.专利号cn 211086346 u的中国专利公开了一种扫描隧道显微镜探头的双层样品台，其优点是可以进行原位修针，节省了实验时间，但是其设计需要对扫描隧道显微镜核心的部件扫描头进行结构改造，而这种改造是不现实的，因为结构复杂紧凑的扫描头每改动一个部分，整个扫描头可能就需要重新设计，这相当于直接更换了一个新设计的扫描隧道显微镜核心的部件扫描头，并且只能使用特殊的样品托，与主流的扫描隧道显微镜与样品托不兼容，在改造过程中稍有差池，可能造成后续实验无法进行。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种可分离式扫描隧道显微镜样品架，该可分离式扫描隧道显微镜样品架在不改动扫描隧道显微镜仪器内部结构的同时可以进行原位修针，与大部分扫描隧道显微镜兼容。
7.为达到上述目的所采取的技术方案是：
8.一种可分离式扫描隧道显微镜样品架，包括：样品托底板、第一样品台、第二样品台和弹片。
9.所述第一样品台设在所述样品托底板上，且所述第一样品台与所述样品托底板之间形成第一凹槽；
10.所述第二样品台位于所述第一凹槽内，所述第二样品台与所述样品托底板滑移配合，所述第二样品台沿着所述第一凹槽延伸方向移动；
11.所述弹片设在所述第二样品台内且与所述第二样品台固定连接，所述弹片用于控制所述第二样品台移动。
12.在一些实施例中，所述第二样品台底部设有第二凹槽，所述第二样品台的后端设有螺纹孔，所述螺纹孔连通所述第二凹槽。
13.在一些实施例中，所述弹片包括背板和弯板，所述背板和所述弯板形成j型结构，所述背板通过螺栓与所述第二样品台固定连接，所述弯板位于所述第二凹槽中，所述弯板底部设有凸起。
14.在一些实施例中，还设有传样杆，所述传样杆与所述第二样品台后端螺纹孔螺纹配合，其端部与所述弹片止抵。
15.在一些实施例中，所述第二样品台前端面上设有凹陷部，所述背板位于所述凹陷部内，且所述背板与所述第二样品台前端面平齐。
16.在一些实施例中，所述第二样品台横截面是凸形。
17.在一些实施例中，所述第一样品台和第二样品台上均设有厚度不同的衬座，所述衬座用于保证所述第一样品台和所述第二样品台上的样品上表面平齐。
18.在一些实施例中，所述样品托底板有两个、所述第一样品台有两个、所述第二样品台有一个、所述弹片有一个。一个所述样品托底板、一个所述第一样品台、一个所述第二样品台和一个所述弹片组成第一样品架，所述另一个样品托底板和所述另一个第一样品台组成第二样品架，所述第一样品架和所述第二样品架分别位于互相隔离的两个腔室内，所述第二样品台可以脱出所述第一样品架并与所述第二样品架配合。
19.本实用新型所具有的有益效果为：
20.1.本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架通过改变样品台结构，增加了可移动的第二样品台。第一样品台放置导电性较好的金属单晶样品，第二样品台可以放置其他样品。在对第一样品台的样品进行处理时，可以通过传样杆将第二样品台取下并置于其他真空腔室，避免样品处理过程中对非目标样品的污染。
21.2.本实用新型实施例在不改动扫描隧道显微镜仪器的前提下实现了原位修针。在进行半导体材料的表征中，当针尖导电性变差时，可利用金属单晶样品对针尖进行原位修饰，提高了实验的效率。
22.3.本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架不改变扫描隧道显微镜仪器的结构，可以兼容主流的扫描隧道显微镜。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架示意图；
24.图2为本实用新型实施例的样品托底板示意图；
25.图3为本实用新型实施例的第一样品台示意图；
26.图4为本实用新型实施例的第二样品台示意图；
27.图5为本实用新型实施例的第二样品台剖视图；
28.图6为本实用新型实施例的弹片示意图；
29.图7为本实用新型实施例第二样品台装配图；
30.图8为本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架爆炸图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型进一步描述。
32.如图1所示，本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架，包括样品托底板1、第一样品台2、第二样品台3和弹片4。
33.具体地，样品托底板如图2所示，样品托底板1是鳍型样品托底板。第一样品台2是u型结构，第一样品台2通过螺栓与样品托底板1固定连接，第一样品台2与样品托底板1之间形成第一凹槽，第二样品台3位于第一凹槽中且第二样品台3与样品托底板滑移配合，第二样品台3可以沿着第一凹槽的延伸方向移动。
34.如图4图5所示，第二样品台3的截面是凸形。第二样品台3的中段具有第二凹槽。第二样品台3后端具有一个螺纹孔，螺纹孔与第二凹槽连通。第二样品台3前端具有凹陷部。
35.如图6图7所示，弹片4包括背板41和弯板42，背板41与弯板42组成j型结构。背板41位于第二样品台3的前端凹陷部，通过螺栓与第二样品台3固定连接。弯板42的一端与背板41连接，弯板42位于第二凹槽中。弯板42的底部还设有凸起，凸起与样品托底板1止抵。凸起与样品托底板1之间存在静摩擦，可以用于固定第二样品台3和样品托底板1。
36.可分离式扫描隧道显微镜样品架还设有传样杆5。传样杆5是前端带有螺纹的圆柱，顶部是底面与圆柱大小相同的圆锥。传样杆5可以与第二样品台3后端的螺纹孔螺纹配合，其端部与弯板42止抵。通过旋转传样杆5使得弯板42向上变形，弯板42底部的凸起与样品托底板1脱离，第二样品台3可以随传样杆5前后移动。反向旋转传样杆5可以使得弯板42恢复形变，凸起重新与样品托底板止抵，通过静摩擦限制第二样品台3的移动从而控制样品架整体的移动。
37.第一样品台2与第二样品台3上均设有衬座，衬座分别与第二样品台2和第三样品台3可拆卸连接，样品可以放在衬座上。衬座用于调整第一样品台2或第二样品台3上样品的高度，使得两个样品台上样品的上表面平齐。
38.实施例1
39.根据本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架，针尖与样品作为两个电极，对针尖施加偏压产生隧穿电流，通过探测隧穿电流的变化来获得样品表面高度信息。将辅助样品放在第一样品台2上，将待测样品放在第二样品台3上，第一样品台2和第二样品台3均固定在样品托底板1上，将样品托底板1放置在隧道显微镜扫描台上，可同时对两块不同的样品进行形貌表征和做谱分析。当待测样品为导电性不好的样品时，针尖状况变差，导电性不好。此时将针尖移动至辅助样品表面，进行原位针尖修饰。当针尖恢复良好的金属性时，可将针尖移动至实验样品表面，继续进行表征。
40.实施例2
41.本实用新型实施例的可分离式扫描隧道显微镜样品架可实现对两种不同的样品进行单独处理，此时需要两个样品托底板1、两个第一样品台2、一个第二样品台3和一个弹
片4。两个第一样品台2分别与两个样品托底板1固定连接，形成第一样品架和第二样品架。弹片4背板与第二样品台3前端凹陷处相连接，第二样品台3固定在第一样品架上。两个样品架分别位于两个互相隔离的腔室内。金属样品放在第一样品架的第一样品台2上，非金属样品放在第二样品台3上。旋转传样杆5，直至弯板42变形，凸起与样品托底板1脱离，传样杆5向后移动带动第二样品台3移动，将脱出第一样品架的第二样品台3与第二样品架配合。此时可以对第一样品架上的金属样品进行处理。处理非金属样品时可以直接对第二样品架上的非金属样品进行处理。
42.本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
43.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
44.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。