壓電物鏡掃描器是SPM的重要部件,它不僅被用來(lái)產(chǎn)生探針的三維運動(dòng),而且還是測量數據的直接來(lái)源,因此它對SPM的測量精度影響很大。它結構簡(jiǎn)單小巧;機械固有頻率高,對環(huán)境振動(dòng)不敏感;其圓柱對稱(chēng)結構,有利于消除掃描器在X-Y方向的熱漂移;易于制造。
壓電物鏡掃描器由一個(gè)中空的圓柱狀壓電陶瓷管組成,在其外壁均勻對稱(chēng)地沿軸向鍍上4個(gè)金屬電極。其中相對的兩個(gè)電極成對使用,施加單極性或雙極性的電壓,產(chǎn)生一個(gè)水平方向的掃描運動(dòng)。
壓電陶瓷管掃描器載著(zhù)樣品在X-Y平面內做微小運動(dòng),樣品到針尖的距離會(huì )隨著(zhù)樣品表面形貌的變化而變化,該距離的變化將改變樣品和針尖之間的原子力,原子力的變化會(huì )使得懸臂梁產(chǎn)生法相形變。
通過(guò)激光反射路徑的變化檢測出微懸臂梁的反向形變程度,相應調整Z向壓電陶瓷保證樣品和針尖的原子力保持恒定。壓電陶瓷管掃描器為徑向極化電極分割的壓電陶瓷管,通常采用四分區進(jìn)行分割,可以實(shí)現XYZ三維運動(dòng)。也可以根據客戶(hù)的要求定制進(jìn)行多區域分割。
壓電陶瓷是一種性能奇特的材料,當在壓電陶瓷對稱(chēng)的兩個(gè)端面加上電壓時(shí),壓電陶瓷會(huì )按特定的方向伸長(cháng)或縮短。而伸長(cháng)或縮短的尺寸與所加的電壓的大小成線(xiàn)性關(guān)系。即可以通過(guò)改變電壓來(lái)控制壓電陶瓷的微小伸縮。
通常把三個(gè)分別代表X,Y,Z方向的壓電陶瓷促動(dòng)器組成三角架的形狀,通過(guò)控制X,Y方向伸縮達到驅動(dòng)探針在樣品表面掃描的目的;通過(guò)控制Z方向壓電陶瓷促動(dòng)器的伸縮達到控制探針與樣品之間距離的目的。