基于智能控制的AFM快速掃描模式研究.pdf

1、近年來(lái)隨著人們對(duì)微觀世界認(rèn)識(shí)的加深，納米科技得到迅猛發(fā)展，而原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)作為納米測(cè)量和操作的主要工具之一，在納米科技領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。因此，AFM逐漸得到越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注，成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。論文針對(duì)目前商用AFM掃描速度較慢，自動(dòng)化程度不高等缺陷，從掃描方式和控制策略角度進(jìn)行了深入分析和研究。
　　 首先，針對(duì)目前AFM勻速掃描方式存在的缺陷，論文提

2、出了AFM變速掃描方式，將AFM探針XY方向的運(yùn)動(dòng)軌跡與Z方向的控制效果進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)，有效地彌補(bǔ)了勻速掃描方式不能根據(jù)樣品形貌合理分配掃描時(shí)間的缺陷，顯著提高了AFM掃描速度。此外，該掃描方式能夠保證AFM系統(tǒng)在每個(gè)掃描點(diǎn)都基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)，相當(dāng)于從改善穩(wěn)態(tài)性能角度提高了AFM成像精度。
　　 然后，針對(duì)周期性樣品，論文將學(xué)習(xí)控制策略應(yīng)用于AFM系統(tǒng)，充分利用樣品的周期性特征，并利用前面若干個(gè)周期的控制電壓等信息不斷更新當(dāng)前控制信號(hào)

3、，有效縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。同時(shí)，論文還將學(xué)習(xí)控制策略和變速掃描方式相結(jié)合，達(dá)到快速跟蹤樣品表面形貌的效果，實(shí)現(xiàn)了AFM對(duì)周期性樣品的快速掃描和精確成像。
　　 最后，針對(duì)AFM普遍采用的PI控制器存在的缺陷，論文設(shè)計(jì)了模糊自整定PI控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)響應(yīng)快、超調(diào)小、實(shí)時(shí)性好，相當(dāng)于從改善動(dòng)態(tài)性能角度提高了AFM成像精度。此外，該控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了PI參數(shù)的在線(xiàn)模糊自調(diào)整，提高了AFM系統(tǒng)的工作效率和智能化程度，使得基于AFM的成像和納