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轻敲模式原子力显微镜的优化
2019-12-25 | 来源:
经过近二十多年的科学技术的发展,原子力显微镜(AFM)已从实验室走向了市场,从单纯的AFM仪器发展出了系列扫描探针显微镜(SPM),并完善了它的设计理论。本文就SPM的理论进行了深入的研究和分析,对SPM的基本结构以及每个环节进行了详细的总结,并从SPM的理论出发,在以前的激光力显微镜(LFM)的基础上,重新设计了轻敲模式原子力显微镜。测量速度和精度定标一直是困扰轻敲原子力显微镜的两大问题,为此我们首次结合相位检测技术和表面形貌测量于一体,提出了一
经过近二十多年的科学技术的发展,原子力显微镜(AFM)已从实验室走向 了市场,从单纯的AFM仪器发展出了系列扫描探针显微镜(SPM),并完善了 它的设计理论。本文就SPM的理论进行了深入的研究和分析,对SPM的基本结 构以及每个环节进行了详细的总结,并从SPM的理论出发,在以前的激光力显 微镜(LFM)的基础上,重新设计了轻敲模式原子力显微镜。 测量速度和精度定标一直是困扰轻敲原子力显微镜的两大问题,为此我们首 次结合相位检测技术和表面形貌测量于一体,提出了一种新的表面形貌测量技 术:恒敲击力控制反馈模型。由于探针样品工作在轻敲模式,周期性的探针样品 接触导致探针的振动中包含了高次谐波分量,通过检测它来测量探针样品问的敲 击力,从而控制探针振幅,使得敲击样品的力恒定,探针振幅的改变就反应了表 面的形貌。
使用该方法不仅可以较高的提高探针样品系统的反应时间,同时还可 以通过干涉对振动振幅的测量来直接获得表面形貌的纵向定量值,为纵向定标提 出了一条新的思路。基于AFM系统的复杂性特点,本文放弃了采用理论建模的 方法对系统精度进行分析,尝试着从系统辨识的角度来对AFM的精度进行了练 合,指出了AFM精度和分辨率的主要影响因素。 最后我们利用自己研制的AFM对大量样品进行了测试,并对结果进行了分 析。另外,我们还试着对部分硬质样品进行了重复性测试,效果良好。
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