轻敲模式原子力显微镜的优化

    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。