AFM開放式控制平臺搭建與成像改進研究.pdf

1、納米科技已經成為二十一世紀最重要的技術之一,而納米科技的發(fā)展,很大程度上依賴于納米觀測和納米操作的工具與手段。原子力顯微鏡(AFM)作為納米科技的“眼”和“手”,對于如何提高其掃描速度和成像精度就逐步發(fā)展成為國內外學者研究的熱點。本文就高速原子力顯微鏡的前期實驗平臺的搭建、成像精度的改善等問題,進行了深入分析和應用研究。本文主要內容與成果概括如下： 從原子力顯微鏡的歷史和研究現狀出發(fā),對當前研究發(fā)展的主要問題和相關技術進行了調研

2、和分析。 針對通常的原子力顯微鏡系統(tǒng)控制器不對外開放,而造成改進后的控制算法無法進行實驗的問題,本文在本原CSPM4000原子力顯微鏡的基礎上,搭建了一個基于RTLinux的開放式實驗系統(tǒng),實現了反饋信號和控制信號的自由獲取。重點解決了AD采集卡驅動不支持RTLinux系統(tǒng)的問題,并編寫了上層控制系統(tǒng)軟件。這個實驗系統(tǒng)實現了控制周期為50μs的實時控制,這為測試以后設計的各種高級控制算法提供了實驗條件。 通過分析原子力顯

3、微鏡各部分信號對成像性能的影響,本文提出了一種基于壓電掃描管動態(tài)特性的改進動態(tài)成像方法,以減少原子力顯微鏡在高速掃描時,因壓電掃描管動態(tài)特性影響而造成的成像誤差。利用開放式實時控制系統(tǒng)對這種改進的成像方法進行了測試,實驗結果表明改進后的成像方法與通常的靜態(tài)成像相比較,明顯地提高了成像精度。 為了擴展原子力顯微鏡在納米操作中的進一步應用,本文還對掃描合成的樣品形貌圖像使用小波變換進行了特征提取等研究,主要實現了對圖像的去噪以及樣品