一种分子结光学近场显微镜系统及其构造方法技术方案

本发明专利技术的分子结光学近场显微镜系统，包括显微镜、高真空腔体、光谱分析仪、电流测试系统、高压放大器、电脑以及石英玻璃针尖，所述的显微镜分别与高真空腔体、光谱分析仪以及电脑相连接，所述的电流测试系统和高压放大器分别连接在高真空腔体和电脑之间，所述的光谱分析仪还与电脑相连接，所述的石英玻璃针尖通过支架设置在高真空腔体的顶部并位于显微镜的下方。通过上述，本发明专利技术的分子结光学近场显微镜系统及其构造方法，通过利用电子隧穿效应和近场针尖尖端增强两种技术原理构筑了新型分子结光学近场显微镜系统，成功实现了原位单分子结的电学信号及光学信号的协同测试，光学近场显微镜可以用于多种基于单分子有机光电特性器件的分析和研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种分子结光学近场显微镜系统（Molecular junction near field spectroscopy）测试系统，通过利用电子隧穿效应和近场针尖尖端增强两种技术原理构筑了新型分子结光学近场显微镜系统，成功实现了实现微尺度光信号和电信号的协同测试。
技术介绍
随着单分子测试技术和手段不断进步，多种先进技术（如原子力显微镜，扫描隧道显微镜以及针尖增强近场显微镜等）被应用于有机半导体小分子、生物大分子的测试和应用。微尺度条件下分子排列、电荷转移、以及光学性质的研究是近年来功能化纳米技术研究的重点。对单分子器件电荷转移的研究主要通过高分辨扫描隧道显微镜来实现，尤其是电荷转移过程中的电流-电压特性不但反映了围观分子内部电子云密度分布，同时也反映了电子在分子内传输特性（如文献1, 2所述）。然而，为了更深入的探究微尺度分子相关性质，更灵敏测试手段急需得到开发。针尖增强近场显微镜是测试超微尺度光学性质的一种显微镜。该显微镜利用针尖近场增强原理测试局部区域（小于8nm）光信号，尤其适用于测试针尖增强拉曼光谱（如文献3, 4所述）。在微观尺度范围内，测试单个小分子的特殊性质、制备太阳能电池，有机电致发光以及有机场效应晶体管器件都具有极高的难度，在分子尺度下测试光信号、电信号以及光电协同响应性质则需要高技术背景支持的创新型设备。上文中所述的文献：1、Rev. Phys. Chem. 2006, 57, 593;2、Nature 2000, 408, 5413、Physical review letters 2004, 92,96101;4、Ultramicroscopy 1984, 13, 227。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种分子结光学近场显微镜系统，通过利用电子隧穿效应和近场针尖尖端增强两种技术原理构筑了新型分子结光学近场显微镜系统，成功实现了原位单分子结的电学信号及光学信号的协同测试，这种光学近场显微镜可以用于多种基于单分子有机光电特性器件的分析和研究。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供了一种分子结光学近场显微镜系统，包括显微镜、高真空腔体、光谱分析仪、电流测试系统、高压放大器、电脑以及石英玻璃针尖，所述的显微镜分别与高真空腔体、光谱分析仪以及电脑相连接，所述的电流测试系统和高压放大器分别连接在高真空腔体和电脑之间，所述的光谱分析仪还与电脑相连接，所述的显微镜包括透镜、反射镜以及分光镜，所述的反射镜和分光镜分别设置在透镜之间，所述的反射镜和分光镜之间还设置有透镜，所述的石英玻璃针尖通过支架设置在高真空腔体的顶部并位于显微镜的下方。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的高真空腔体包括基底和压电陶瓷，所述的基底设置在压电陶瓷的上方。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的石英玻璃针尖采用三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-40纳米金薄膜制备。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的分子结光学近场显微镜系统还包括氦氖激光器，所述的显微镜分别通过光纤与氦氖激光器和光谱分析仪相连接。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供了一种分子结光学近场显微镜系统的构造方法，包括以下具体步骤：步骤1：利用石英玻璃角制备石英玻璃针尖将石英玻璃切割为边长4毫米等边三角形用于制备针尖，将切割成三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-40纳米金薄膜制备石英玻璃针尖，用石英玻璃针尖作为电信号检测和光导通通道，当氦氖激光器的激光通过刚分辨率显微镜汇聚到石英玻璃针尖的尖端时，石英玻璃针尖的尖端将产生极高的近场强度，当这一近场增强效应被用于测试光谱测试时将实现近场增强光谱的测试；步骤2：利用微尺度下电子隧穿效应原理实现单分子结电流-电压测试将制备的石英玻璃针尖固定在支架上，控制压电陶瓷使固定于在上面基底上下移动，当石英玻璃针尖与基底间距离足够接近时，将观测到隧穿电流，当石英玻璃针尖与基底距离进一步缩短达到分子结的长度，石英玻璃针尖与基底上的分子实现接触，实现分子结的构筑行为，当分子结构筑完毕后，即可控制施加在分子结上的电压，测试其电流电压行为；步骤3：利用石英玻璃针尖增强拉曼光谱技术，构筑了石英玻璃针尖的尖端增强光谱测试系统利用分光镜将氦氖激光器的激光引入高真空腔体内，并通过高分辨率物镜将氦氖激光器的激光汇聚于石英玻璃针尖的尖端，并在石英玻璃针尖的尖端产生极强的近场强度，实现了石英玻璃针尖的尖端的单分子光学信号的测试，同时，利用高分辨率物镜采集石英玻璃针尖的尖端光信号，最终将光信号导入低温的光谱分析仪进行光谱分析；步骤4：原位单分子结的电学信号及光学信号的协同测试通过控制基底高度构筑单分子结，对单分子结施加驱动电压，测试电流-电压信号，同时，将氦氖激光器的激光引到石英玻璃针尖的尖端测试针尖增强拉曼光谱，以此实现分子结电信号及光信号的协同测试。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的石英玻璃的厚度为0.2毫米。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的分子结的长度为0.2纳米。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种分子结光学近场显微镜系统及其构造方法，通过利用电子隧穿效应和近场针尖尖端增强两种技术原理构筑了新型分子结光学近场显微镜系统，成功实现了原位单分子结的电学信号及光学信号的协同测试，这种光学近场显微镜可以用于多种基于单分子有机光电特性器件的分析和研究。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1是光存储近场显微镜系统的结构框图；图2是金原子导电测试示意图；图3是拉曼光谱针尖增强信号测试波长关系图；图4是拉曼光谱针尖增强信号测试距离关系图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例包括：一种分子结光学近场显微镜系统，包括显微镜、高真空腔体、光谱分析仪、电流测试系统、高压放大器、电脑以及石英玻璃针尖，所述的显微镜分别与高真空腔体、光谱分析仪以及电脑相连接，所述的电流测试系统和高压放大器分别连接在高真空腔体和电脑之间，所述的光谱分析仪还与电脑相连接，所述的显微镜包括透镜、反射镜以及分光镜，所述的反射镜和分光镜分别设置在透镜之间，所述的反射镜和分光镜之间还设置有透镜，所述的石英玻璃针尖通过支架设置在高真空腔体的顶部并位于显微镜的下方。上述中，所述的高真空腔体包括基底和压电陶瓷，所述的基底设置在压电陶瓷的上方。其中，所述的石英玻璃针尖采用三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-40纳米金薄膜制备。进一步的，所述的分子结光学近场显微镜系统还包括氦氖激光器，所述的显微镜分别通过光纤与氦氖激光器和光谱分析仪相连接。本专利技术还提供了一种分子结光学近场显微镜系统的构造方法，包括以下具体步骤：步骤1：利用石英玻璃角制备石英玻璃针尖将石英玻璃切割为边长4毫米等边三角形用于制备针尖，将切割成三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子结光学近场显微镜系统，其特征在于，包括显微镜、高真空腔体、光谱分析仪、电流测试系统、高压放大器、电脑以及石英玻璃针尖，所述的显微镜分别与高真空腔体、光谱分析仪以及电脑相连接，所述的电流测试系统和高压放大器分别连接在高真空腔体和电脑之间，所述的光谱分析仪还与电脑相连接，所述的显微镜包括透镜、反射镜以及分光镜，所述的反射镜和分光镜分别设置在透镜之间，所述的反射镜和分光镜之间还设置有透镜，所述的石英玻璃针尖通过支架设置在高真空腔体的顶部并位于显微镜的下方。

【技术特征摘要】
1.一种分子结光学近场显微镜系统，其特征在于，包括显微镜、高真空腔体、光谱分析仪、电流测试系统、高压放大器、电脑以及石英玻璃针尖，所述的显微镜分别与高真空腔体、光谱分析仪以及电脑相连接，所述的电流测试系统和高压放大器分别连接在高真空腔体和电脑之间，所述的光谱分析仪还与电脑相连接，所述的显微镜包括透镜、反射镜以及分光镜，所述的反射镜和分光镜分别设置在透镜之间，所述的反射镜和分光镜之间还设置有透镜，所述的石英玻璃针尖通过支架设置在高真空腔体的顶部并位于显微镜的下方。2.根据权利要求1所述的分子结光学近场显微镜系统，其特征在于，所述的高真空腔体包括基底和压电陶瓷，所述的基底设置在压电陶瓷的上方。3.根据权利要求1所述的分子结光学近场显微镜系统，其特征在于，所述的石英玻璃针尖采用三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-40纳米金薄膜制备。4.根据权利要求1所述的分子结光学近场显微镜系统，其特征在于，所述的分子结光学近场显微镜系统还包括氦氖激光器，所述的显微镜分别通过光纤与氦氖激光器和光谱分析仪相连接。5.根据权利要求1-4之一所述的分子结光学近场显微镜系统的构造方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1：利用石英玻璃角制备石英玻璃针尖将石英玻璃切割为边长4毫米等边三角形用于制备针尖，将切割成三棱柱型的石英玻璃的表面蒸镀20-40纳米金薄膜制备石英玻璃针尖，用石英玻璃针尖作为电信号检测和光导通通道，当氦氖激光器的激光通过刚分辨率显微镜汇聚到石英玻璃针尖的尖端时，石英玻璃针尖的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕海，
申请(专利权)人：苏州华莱德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32