多模態(tài)原子力顯微鏡控制系統(tǒng)研制及實驗.pdf

1、原子力顯微鏡(AFM)作為納米檢測技術的基本工具之一，已經(jīng)在研究納米尺度物質的結構和特性方面取得了令人驚嘆的發(fā)展，但是隨著應用領域的不斷擴展以及對精密測量和定位技術的要求越來越高，要求AFM具有更高的空間分辨率，更快的掃描速度，和更好的抗干擾能力。依據(jù)AFM工作的基本原理，我們自行設計和研制了讓懸臂可以工作于不同振動模態(tài)的多模態(tài)原子力顯微鏡系統(tǒng)。論文主要介紹了已經(jīng)完成的幾項工作內容:
　　1、完成了多模態(tài)AFM的控制軟件的編寫，主

2、要包括掃頻軟件設計、直流電機驅動軟件設計、探針-試樣自動逼近以及力曲線測試軟件設計、PI參數(shù)測試軟件設計、三維掃描成像軟件設計以及臺階測試軟件設計等。這部分也是多模態(tài)AFM系統(tǒng)設計的核心內容之一。
　　2、完成了直流電機驅動電路的設計，包括原理圖的繪制，PCB的繪制、加工以及焊接。
　　3、以自制的多模態(tài)AFM為研究對象，分析了影響AFM掃描速度的主要因素，對系統(tǒng)各模塊的響應時間進行了分析、測試，并通過實驗證明了二階諧振模態(tài)

3、下的AFM系統(tǒng)穩(wěn)定時間明顯小于一階諧振模態(tài)，即在二階諧振模態(tài)下AFM的掃描速度比在一階諧振模態(tài)下要快。
　　4、對光柵試樣同一區(qū)域表面形貌分別用一階、二階諧振模態(tài)進行了掃描測試，實驗數(shù)據(jù)表明，在相同條件下，二階諧振模態(tài)AFM的掃描速度約為一階掃描的3.3倍，而且由力曲線和臺階測試可以得到，二階諧振模態(tài)下AFM的Z向分辨率高于一階諧振模態(tài)。
　　通過理論與實驗驗證相結合的方式，分析AFM工作在高階諧振狀態(tài)下的作用機理和關鍵因素