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，簡稱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對動態(tài)過程的觀測能力。這主要是由于探針機(jī)械振動響應(yīng)較慢及探針高頻機(jī)械振動不穩(wěn)定性等因素造成的。提高AFM在輕敲模式下的掃描速度，有利于觀測到生物的動態(tài)過程，

2、對于完善原子力顯微鏡功能非常重要，并且將對生物等其他領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。 本論文通過對國內(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反饋帶寬對掃描速度的限制，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了探針諧振頻率及AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度影響的機(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，并對本課題主要工作進(jìn)行了說明。 2.理論分析了探針掃描臺階上下沿的過程，討論了反饋系統(tǒng)成像帶寬、誤差信號飽和現(xiàn)象、探針振幅至電壓信號轉(zhuǎn)換及AFM掃描參數(shù)等因素對AFM掃描速度的影響。 3.依據(jù)反饋系統(tǒng)基本原理，說明了AFM反饋系統(tǒng)的工作原理，分析了探針和驅(qū)動器帶寬對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)計了AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度影響的實(shí)驗(yàn)，通過實(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