石英音叉與原子力顯微鏡探針自動化組裝

Abstract

傳統原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM) 以雷射光槓桿方法感測探針微懸臂撓曲，但使用前所需進行的光路對正過程十分繁複，同時此光學機構的複雜性也使得原子力顯微鏡系統之設計無法進一步輕量化，從而限制了掃描範圍，難以進行大尺寸樣品的掃描。 本研究使用石英音叉 (Quartz Tuning Fork, QTF) 與市售原子力顯微鏡探針，以視覺伺服方法進行自動化組裝，利用石英音叉的壓電特性，使組裝後的石英音叉探針能感測自身微懸臂撓曲變化。組裝過程可在短時間內完成，並且適用於各廠牌之原子力顯微鏡探針，組裝完成的探針擁有良好的共振特性，也有相當高的品質因子。本研究中所組裝之石英音叉探針適用於定置樣品式原子力顯微鏡，使原子力顯微鏡不再受限於小樣品掃描。

Conventional atomic force microscopes (AFMs) detect microcantilever deflection using an optical system. However, the complex mechanism of the optical lever system and the alignment of the laser spot on the microcantilever prevent such AFM systems from scanning large samples. AFM systems using a quartz tuning fork (QTF) as a force sensor have been proven feasible, and enhance compactness of the AFM system. This thesis presents the automatic assembly of the QTF sensor and the microcantilever of commercial AFM probe using a visual servo method.