一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜

本发明涉及纳米测量，具体为一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜。

背景技术：

1、近年来，随着微电子新材料和新技术的发展，人们对了解纳米尺度热力学的要求越来越高，这就需要更全面地展示器件内部的热传输信息。特别是对于尺寸日益微型化的电子芯片，亚微米甚至纳米尺度器件的精确热成像或温度表征已成为一项重大挑战。拉曼测温的方案可以达到1微米的空间精度，但是测试时间较慢。基于光热辐射成像的热表征方案，由于光的衍射极限，其空间分辨率普遍无法突破500纳米。近场光学显微镜虽然可以达到100纳米以下的空间分辨率，但是只能在真空、低温的环境下检测表面温度。原子力显微镜(afm)作为测试仪器，有着功能性强、适用性广的优点，结合不同扫描模式和探针可以获得更精密的空间分辨率。

2、扫描热显微镜(sthm)是基于afm最主要的测温技术。但是sthm需要的特种探针制造工艺较为复杂，较为昂贵，且探针容易损坏。并且探针与样品间的热力学模型建立也存在挑战。这些问题都限制其应用于更普遍的测试场景。而扫描焦耳膨胀显微镜(sjem)是另一种基于原子力显微镜(afm)实现的方案，可探测热膨胀引起的表面位移。与sthm的热表征方法相比，sjem大大减少了对专用探针的需求，简化纳米级热表征的设备需求。但是它的温度灵敏度低于sthm，且在信噪比和空间分辨率上存在优化的需求，所以这里设计了一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，以便于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，包括：

3、原子力显微镜模块和锁相放大器；

4、所述原子力显微镜模块包括激光、探针、被测样品、电源模块以及光电探测器，所述光电探测器用于检测由探针反射的激光，所述电源模块连接被测样品用于提供焦耳热的电压，所述原子力显微镜模块用于扫描样品表面形貌与偏转信号，被测样品表面热膨胀变形引起横向偏转信号；

5、所述锁相放大器用于接收横向偏转信号，能够将电源模块提供的参考信号解调出热膨胀图像。

6、在进一步的实施例中，所述原子力显微镜模块中的电源模块，用于为样品提供周期性驱动电压，调制样品热膨胀幅度。

7、在进一步的实施例中，所述原子力显微镜模块中的电源模块，能对锁相放大器提供周期性参考电压，用于解调扫描得到的横向偏转信号。

8、在进一步的实施例中，所述原子力显微镜模块中的探针发生横向偏转，且能够输出横向偏转信号。

9、在进一步的实施例中，所述原子力显微镜模块进行扫描时，依据探针与样品之间接触力调整扫描过程的灵敏度。

10、在进一步的实施例中，所述横向偏转信号通过分析处理，能够输出平面内与平面外热膨胀信号。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、1、本发明基于横向偏转信号解调热膨胀图像，能够将分辨率提升至皮米级，将测量极限提升一个数量级。

13、2、本发明通过改变接触(摩擦)力提供可调灵敏度，有助于检测更精细的热膨胀信号，而传统的扫描方案只能通过更换探针来实现这一功能，可以更方便的适用于不同样品的测量需求。

14、3、本发明通过对热膨胀图像的处理，可以获得平面内与平面外的热膨胀信号，更全面了解器件的热行为，提高在不同热条件下评估材料特性和器件性能的能力。

1.一种基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，所述原子力显微镜模块中的电源模块(4)，用于为样品提供周期性驱动电压，调制样品热膨胀幅度。

3.根据权利要求1所述的基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，所述原子力显微镜模块中的电源模块(4)，能对锁相放大器(7)提供周期性参考电压，用于解调扫描得到的横向偏转信号(6)。

4.根据权利要求1所述的基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，所述原子力显微镜模块中的探针(2)发生横向偏转，且能够输出横向偏转信号(6)。

5.根据权利要求1所述的基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，所述原子力显微镜模块进行扫描时，依据探针(2)与样品之间接触力调整扫描过程的灵敏度。

6.根据权利要求1所述的基于横向偏转的扫描焦耳热膨胀显微镜，其特征在于，所述横向偏转信号(6)通过分析处理，能够输出平面内与平面外热膨胀信号。