輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究.pdf

1、原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，簡(jiǎn)稱(chēng)AFM）作為納米技術(shù)研究的重要工具，其廣泛應(yīng)用支持和推動(dòng)著納米技術(shù)的飛速發(fā)展。從AFM發(fā)明至今，人們一直在致力于對(duì)原子力顯微鏡不斷的完善和使其成為更加通用的儀器的研究。傳統(tǒng)的AFM在輕敲模式下成像速度較低，限制了AFM對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的觀測(cè)能力。這主要是由于探針機(jī)械振動(dòng)響應(yīng)較慢及探針高頻機(jī)械振動(dòng)不穩(wěn)定性等因素造成的。提高AFM在輕敲模式下的掃描速度，有利于觀測(cè)到生物的動(dòng)態(tài)過(guò)程，

2、對(duì)于完善原子力顯微鏡功能非常重要，并且將對(duì)生物等其他領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。 本論文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外AFM快速掃描技術(shù)的研究，將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，分析了影響輕敲模式下AFM掃描速度的關(guān)鍵因素及其機(jī)理，并著重研究了AFM反饋帶寬對(duì)掃描速度的限制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了探針諧振頻率及AFM參數(shù)設(shè)置對(duì)掃描速度影響的機(jī)理分析的準(zhǔn)確性，奠定了研究建立高速AFM系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。論文主要包括以下幾個(gè)方面： 1.依據(jù)AFM工作原理，提出了輕敲模式下

3、AFM快速掃描技術(shù)的研究目的和意義，解釋了AFM掃描速度的基本概念，結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)在快速掃描方面的成果，理論分析了AFM快速掃描技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)本課題主要工作進(jìn)行了說(shuō)明。 2.理論分析了探針掃描臺(tái)階上下沿的過(guò)程，討論了反饋系統(tǒng)成像帶寬、誤差信號(hào)飽和現(xiàn)象、探針振幅至電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換及AFM掃描參數(shù)等因素對(duì)AFM掃描速度的影響。 3.依據(jù)反饋系統(tǒng)基本原理，說(shuō)明了AFM反饋系統(tǒng)的工作原理，分析了探針和驅(qū)動(dòng)器帶寬對(duì)AFM成像帶寬

4、的限制機(jī)理，并結(jié)合反饋系統(tǒng)理論提出新型AFM反饋系統(tǒng)方案。 4.利用現(xiàn)有的Veeco公司的Multi-Mode原子力顯微鏡，實(shí)驗(yàn)分析了在輕敲模式下不同諧振頻率的AFM探針對(duì)掃描速度的影響，驗(yàn)證了探針諧振頻率影響AFM掃描速度理論分析的準(zhǔn)確性。 5.利用Multi-Mode原子力顯微鏡，設(shè)計(jì)了AFM參數(shù)設(shè)置對(duì)掃描速度影響的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別分析了掃描頻率、設(shè)定值、比例增益、積分增益等AFM儀器參數(shù)與掃描速度的關(guān)系，驗(yàn)證了A