[发明专利]基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置与方法

权利要求书

1.一种基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，包括用于在内部形成真空环境的设备外壳、原子力显微镜、机械切削装置、控制装置，以及样品承载装置；所述样品承载装置、所述机械切削装置与所述原子力显微镜均设于所述真空环境；

所述原子力显微镜包括探针，以及用于驱动所述探针运动的探针驱动结构；所述机械切削装置包括切削刀，以及用于驱动所述切削刀运动的切削刀驱动结构；所述控制装置分别通过信号对所述探针驱动结构与所述切削刀驱动结构进行控制；

所述控制装置用于：

通过所述切削刀驱动结构，控制所述切削刀到达切削预备位置；

通过所述切削刀驱动结构和/或所述样品承载装置，控制所述切削刀切削所述样品承载装置上的样品表面，以形成当前待测表面；

通过所述探针驱动结构，控制所述探针与所述当前待测表面处于相互作用位置，并通过所述探针驱动结构和/或所述样品承载装置，控制所述探针相对于所述样品做扫描运动，利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量；其中，所述扫描运动多个测量点的物理信号变化将构成当前待测表面的物性图；

重复以上过程，以利用机械切削再次切削试样表面并形成新的当前测量表面，重复探针表面物性测量和扫描。

2.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，所述样品承载装置包括样品台，所述样品台设有冷冻组件，所述冷冻组件用于向处于所述样品台的所述样品提供冷源，以使得所述样品处于冷冻状态。

3.根据权利要求2所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，所述冷源的冷冻温度处于液氮温度和室温之间。

4.根据权利要求2所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，所述样品承载装置还包括纳米位移平台，所述样品台安装于所述纳米位移平台；所述纳米位移平台电连接所述控制装置；

所述控制装置在通过所述切削刀驱动结构和/或所述样品承载装置，控制所述切削刀切削所述样品承载装置上的样品表面，以形成当前待测表面，具体用于：

通过所述纳米位移平台，控制所述切削刀切削所述样品的表面。

5.根据权利要求4所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，所述控制装置在通过所述探针驱动结构和/或所述样品承载装置，控制所述探针相对于所述样品做扫描运动时，具体用于：

通过所述探针驱动结构和所述纳米位移平台，控制所述探针相对于所述样品做扫描运动。

6.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，还包括光学装置，所述光学装置安装于所述设备外壳，所述光学装置朝向于所述样品承载装置所属区域，且所述样品处于所述样品承载装置与所述光学装置之间；所述样品承载装置的位置匹配于所述光学装置的焦平面，以使得处于所述样品承载装置的所述样品能够处于所述焦平面；

所述光学装置用于：

采集其覆盖范围内的实时图像，并将所述实时图像发送至所述控制装置；

所述控制装置还用于：

在所述探针相对于所述样品做所述扫描运动时，根据所述实时图像，确定不同时间所述探针针尖相对于所述样品的探针位置信息；

所述控制装置在利用所述探针对所述当前待测表面进行物性测量时，具体用于：

根据不同时间的所述探针位置信息与所述物理信号，确定所述当前待测表面的物性图。

7.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置，其特征在于，所述光学装置还用于导入第一辅助光，并将所述第一辅助光引导至所述当前待测表面，以在所述当前待测表面形成第一光斑；

所述第一辅助光被配置为能够使得：

所述当前图像中，所述探针的针尖区段所表现出的光谱信息区别于所述第一光斑所覆盖的区域范围内其他区域的光谱信息，所述针尖区段的尺寸范围小于20nm。