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原文传递用于化学成像原子力显微镜红外光谱法的方法和装置

专利名称：	用于化学成像原子力显微镜红外光谱法的方法和装置
摘要：	用于从纳米级到毫米级进行光谱法的方法和装置以及成像技术，包括原子力显微镜、红外光谱法、共焦显微镜、拉曼光谱法和质谱法。对于红外光谱法，用红外光照射样品，并用聚焦的UV/可见光束和/或AFM尖端读出所得的样品变形。两种技术的结合提供了使用UV/可见光的快速和大面积测量扫描以及使用AFM尖端的高分辨率测量。该方法和装置还包括通过拉曼光谱仪分析从样品反射/散射的光的能力，用于通过拉曼光谱法进行补充分析。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	光热光谱股份有限公司
发明人：	C·普拉特;K·科约勒;R·谢蒂
专利状态：	有效
申请日期：	2017-11-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201780084288.7
公开号：	CN110234982A
代理机构：	广州川墨知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	龙亮华
分类号：	G01N21/47(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	美国加利福尼亚州
主权项：	1.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束来照射样品以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；接收器，其配置为分析所述收集的光，作为所述红外照射区域的区域的红外吸收的指示；扫描仪，其配置为在所述样品与红外光束和UV-vis光束中的至少一个之间产生相对运动，以测量所述样品在包括所述样品上的多个位置的扫描区域上的红外吸收；以及原子力显微镜子系统，其配置为测量悬臂探针在所述扫描区域的至少一部分上的响应。 2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置配置为至少使用所述样品上的所述多个位置处的所述红外吸收来构建所述样品的至少一部分的红外吸收的空间分辨图。 3.根据权利要求1所述的装置，其中所述红外辐射源以多个波长照射所述样品，并且所述接收器分析所述收集的光作为所述样品上的至少一个位置的红外吸收光谱的指示。 4.根据权利要求1所述的装置，其中所述悬臂探针的响应包括对红外辐射光束的响应。 5.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束来照射样品以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、反射和折射中的至少一种；接收器，其配置为分析所述收集的光，作为所述红外照射区域的区域的红外吸收的指示；以及拉曼光谱仪，其配置为分析所述收集的光以分析所述样品的拉曼响应。 6.根据权利要求5所述的装置，其中所述拉曼响应用于从所述样品的至少一个区域构建至少一个拉曼光谱。 7.根据权利要求5所述的装置，其中所述接收器配置为基本上同时分析所述红外吸收和所述拉曼响应。 8.根据权利要求5所述的装置，其中所述红外吸收和所述拉曼响应以亚微米分辨率确定。 9.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束来照射样品以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、反射和折射中的至少一种；以及接收器，其配置用于共焦光学显微镜，并且还配置为分析所述收集的光，作为所述样品的所述红外照射区域的红外吸收的指示。 10.根据权利要求9所述的装置，其中所述接收器包括共焦孔和针孔中的至少一个。 11.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射宽带源，其配置为用红外辐射光束来照射样品，以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、反射和折射中的至少一种；以及接收器，其配置为分析所述收集的光，作为所述区域的红外吸收的指示。 12.根据权利要求11所述的装置，其中所述宽带源包括碳硅棒和热源中的至少一个。 13.根据权利要求10所述的装置，进一步包括调制器，其配置为调制所述红外辐射光束。 14.根据权利要求13所述的装置，其中所述调制器配置为以超过10kHz的频率调制所述红外辐射光束。 15.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束来照射样品以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、反射和折射中的至少一种；以及接收器，其配置为分析所述收集的光，作为所述样品的红外吸收的指示；其中所述接收器包括位置敏感检测器和阵列检测器中的至少一个；以及其中，以小于或等于1微米的空间分辨率测量所述样品的所述红外吸收。 16.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束来照射样品以产生红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、反射和折射中的至少一种；以及接收器，其配置为分析所述收集的光，作为所述样品的红外吸收的指示；其中所述收集器和所述接收器中的至少一个包括滤光器以阻挡至少一部分所述UV-vis光。 17.根据权利要求16所述的装置，其中所述滤光器包括中央遮拦物。 18.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的装置，所述装置包括：红外辐射源，其配置为用红外辐射光束照射样品；第一聚焦光学器件，其配置为聚焦所述红外辐射光束以形成样品的红外照射区域；紫外-可见(UV-vis)辐射源，其配置为用UV-vis光束照射所述样品的子区域；第二聚焦光学器件，其配置为将所述UV-vis光束聚焦在所述样品的所述子区域，其中所述子区域至少部分地与所述红外照射区域重叠；收集器，其配置为收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是所述UV-vis光束与所述样品的相互作用的散射、反射和折射中的至少一种；接收器，其配置为分析所述收集的光并提供所述子区域的红外吸收的指示。 19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一聚焦光学器件具有至少0.7的数值孔径。 20.根据权利要求18所述的装置，其中所述第二聚焦光学器件包括抛物面反射镜。 21.根据权利要求1、5、9、11、15和16中任一项所述的装置，其中所述UV-vis光束照射所述样品的小于所述红外照射区域的子区域。 22.根据权利要求1、5、9、11、15和16中任一项所述的装置，其中所述收集器包括物镜，所述物镜进一步配置为将所述红外辐射光束和所述UV-vis光束中的至少一种聚焦在所述样品上。 23.根据权利要求1、5、9、11、15和16中任一项所述的装置，其中所述收集器包括物镜，并且其中UV-vis辐射源和所述物镜布置成使得所述UV-vis光束通过所述物镜聚焦在所述样品上，并且通过所述物镜收集所收集的UV-vis光。 24.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用红外辐射光束照射样品以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，其中所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；分析所述收集的光以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收；在所述样品与红外光束和所述UV-vis光束中的至少一个之间产生相对运动，以测量所述样品在包括所述样品上的多个位置的扫描区域上的所述红外吸收；以及用原子力显微镜测量悬臂探针在所述扫描区域的至少一部分上的响应。 25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括至少使用所述样品上所述多个位置处的所述红外吸收来构建所述样品的至少一部分的红外吸收的空间分辨图。 26.根据权利要求24所述的方法，其中：用红外辐射光束照射所述样品包括以多个波长照射所述样品；以及分析所述收集的光包括分析所述收集的光作为所述样品上至少一个位置的红外吸收光谱的指示。 27.根据权利要求24所述的方法，其中所述悬臂探针的响应包括对所述红外辐射光束的响应。 28.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用红外辐射光束照射样品以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，其中所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；分析所述收集的光以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收；以及分析所述收集的光以检测所述样品的拉曼响应。 29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括从所述拉曼响应构造至少一个拉曼光谱。 30.根据权利要求28所述的方法，进一步包括基本上同时分析所述红外吸收和所述拉曼响应。 31.根据权利要求28所述的装置，其中所述红外吸收和所述拉曼响应以亚微米分辨率确定。 32.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用红外辐射光束照射样品以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，其中所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；在配置用于共焦光学显微镜的接收器处分析所述收集的光，其中分析所述收集的光包括确定所述红外照射区域的区域的红外吸收。 33.根据权利要求32所述的方法，其中所述接收器包括共焦孔和针孔中的至少一个。 34.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用来自红外辐射宽带源的红外辐射光束照射样品，以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，其中所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；分析所述收集的光以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收；以及分析所述收集的光以检测所述样品的拉曼响应。 35.根据权利要求34所述的方法，其中所述红外辐射宽带源包括碳硅棒和热源中的至少一个。 36.根据权利要求34所述的方法，进一步包括在调制器处调制所述红外辐射光束。 37.根据权利要求36所述的方法，其中所述调制器配置为以超过10kHz的频率调制所述红外辐射光束。 38.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用来自红外辐射源的红外辐射光束照射样品以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；以及在具有位置敏感检测器和阵列检测器的接收器处分析所述收集的光，以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收，其中以小于或等于1微米的空间分辨率测量所述红外照射区域的所述红外吸收。 39.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用红外辐射光束照射样品以产生红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；在接收器处分析所述收集的光以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收；以及用布置在所述收集器和所述接收器中的至少一个上的滤光器来阻挡至少一部分所述UV-vis光。 40.根据权利要求39所述的方法，其中所述滤光器包括中央遮拦物。 41.一种用亚微米级红外辐射快速表征样品的方法，所述方法包括：用红外辐射光束照射样品；用第一聚焦光学器件将所述红外辐射光束聚焦在所述样品的红外照射区域；用紫外-可见(UV-vis)光束照射所述样品的所述红外照射区域的至少一个区域；用第二聚焦光学器件将所述UV-vis光束聚焦在所述样品的子区域，所述子区域部分地重叠所述红外照射区域；收集至少一部分UV-vis光作为收集的光，所述UV-vis光是从所述样品散射、折射和反射中的至少一种；以及分析所述收集的光以确定所述红外照射区域的区域的红外吸收。 42.根据权利要求41所述的方法，其中所述第一聚焦光学器件具有至少0.7的数值孔径。 43.根据权利要求41所述的方法，其中所述第二聚焦光学器件包括抛物面反射镜。 44.根据权利要求43、47、51、53、57和58中任一项所述的方法，其中所述UV-vis光束照射所述样品的子区域，所述子区域小于所述红外照射区域。 45.根据权利要求43、47、51、53、57和58中任一项所述的方法，其中所述收集器包括物镜，所述物镜进一步配置为将所述红外辐射光束和所述UV-vis光束中的至少一个聚焦在所述样品上。 46.根据权利要求43、47、51、53、57和58中任一项所述的方法，其中所述收集器包括物镜，并且其中所述UV-vis辐射源和所述物镜布置成使得所述UV-vis光束通过所述物镜聚焦在所述样品上，并且通过所述物镜收集所收集的UV-vis光。
所属类别：	发明专利