基于压电扫描管动态特性的原子力显微镜成像方法及装置

摘要

一种基于压电扫描管动态特性的原子力显微镜成像方法及装置。首先针对当前原子力显微镜普遍采用的成像方法在高速扫描下成像误差大的缺点，通过分析AFM成像部件的信号，提出了一种加入压电扫描管动态特性的改进成像方法，包括：模型的辨识、参数的标定、采集成像所需数据及成像。本发明有效地提高了AFM在Z方向上的成像精度，特别是对于AFM高速扫描下的成像精度有着明显的改善效果。成像装置采用本原CSPM4000及其所提供的信号访问接口，利用RTLinux良好的实时性，在PC上实现了控制周期为50μs的精确实时反馈控制。利用该装置可以在高速扫描时实现样品的精确成像，并能为以后进行纳米操作方面的研究提供条件。

主权项

1.一种基于压电扫描管动态特性的原子力显微镜成像方法，其特征在于成像时利用压电扫描管的动态特性来提高成像精度，具体成像方法如下：h(t)＝kv·(v(t)-L-1(U(s)G(s))) (9)其中，h(t)为样品的形貌变化，kv为激光检测系统的静态增益，v(t)为激光光斑信号，U(s)为控制信号u(t)的拉普拉斯变换，G(s)为系统Z方向上的动态模型；L-1(U(s)G(s))为(U(s)G(s))的反拉普拉斯变换；具体步骤包括：第1、首先要获得所使用的压电扫描管的动态特性，第1.1、模型的辨识：在开环控制下，通过RTLinux控制平台在压电扫描管上施加白噪声，同时记录光斑数值，用N4SID辨识整个系统Z方向上的动态特性模型G(s)；第1.2、参数的标定：在开环控制下，利用标定光栅对kv和ksens两个系数进行标定，其中，kv为激光检测系统的静态增益，ksens为系统开环时从输入u(t)到输出v(t)的灵敏度系数；第2、在获取动态特性之后，应用基于压电扫描管动态特性的原子力显微镜成像方法，对不同的样本进行动态成像，步骤为：第2.1、采集成像所需数据：首先关闭原有的控制器，只利用原子力显微镜开放式实时控制平台对Z方向上进行PI控制，然后调节好PI参数使得控制效果为最佳，对样品光栅进行扫描，并由PC机同时记录下输入数据u(t)和输出数据v(t)，即控制信号u(t)和激光光斑的反馈信号v(t)；第2.2、成像：将上述采集所得到的数据，利用上述动态成像公式(9)合成图像，即可实现离线或在线逐行成像。