輕敲模式原子力顯微鏡和鎖相檢測的研究.pdf

1、該文分析了AFM的各種工作模式基礎(chǔ)上,介紹了一種輕敲模式原子力顯微鏡系統(tǒng)的設(shè)計.該系統(tǒng)利用DMT模型來分析微探針與樣品間的作用力;同時利用光探針點(diǎn)衍射理論構(gòu)造系統(tǒng)中的微位移傳感器,來檢測微探針的振動;然后通過對輕敲模式中針尖與樣品間作用力引起的相位滯后信號的鎖相檢測,來檢測樣品表面信息;最后利用計算機(jī)控制二維精密壓電柔性鉸鏈工作臺,進(jìn)行三維采樣掃描,獲得樣品表面微觀形貌.在論文中也提出了一種反饋控制系統(tǒng)的方案和電路設(shè)計,可供后續(xù)者參考.

2、本課題的研究重點(diǎn)就是AFM系統(tǒng)鎖相檢測設(shè)計與研究.另外還主要包括:用于輕敲模式AFM的微探針的研究,及諧振頻率確定;開環(huán)方式下,鎖相檢測系統(tǒng)的設(shè)計與具體電路系統(tǒng)設(shè)計和制作;以及將來閉環(huán)控制時,反饋控制系統(tǒng)的初步設(shè)計;以及根據(jù)已有的實驗裝置,進(jìn)一步完善系統(tǒng),改進(jìn)編制相關(guān)檢測軟件.對于輕敲模式AFM來說,在諧振頻率附近振動的微探針將探針與樣品之間的相互作用力轉(zhuǎn)換為可以探測的電信號,因此微探針就是系統(tǒng)的關(guān)鍵,系統(tǒng)性能的好壞很大程度上取決于微探

3、針的靈敏度.因此研究并選擇適合輕敲模式的微探針作為論文的重要部分之一.鎖相檢測由于具有很高的抗噪聲性能,在微弱信號檢測中得到了廣泛的應(yīng)用,同樣適合于輕敲模式AFM系統(tǒng).之所以設(shè)計該文所述的鎖相檢測系統(tǒng),原因在于,以前的系統(tǒng)中,鎖相檢測部分采用的是Stanford Research System研究的SRS830,但是由于成本高、頻帶窄(100KHz為止)無法滿足輕敲模式下微探針諧振頻率越來越高的要求(高可達(dá)400KHz),無法直接實現(xiàn)反