AFM開放式控制平臺搭建與成像改進(jìn)研究.pdf

1、納米科技已經(jīng)成為二十一世紀(jì)最重要的技術(shù)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(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文就高速原子力顯微鏡的前期實(shí)驗(yàn)平臺的搭建、成像精度的改善等問題,進(jìn)行了深入分析和應(yīng)用研究。本文主要內(nèi)容與成果概括如下： 從原子力顯微鏡的歷史和研究現(xiàn)狀出發(fā),對當(dāng)前研究發(fā)展的主要問題和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)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(jìn)后的控制算法無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的問題,本文在本原CSPM4000原子力顯微鏡的基礎(chǔ)上,搭建了一個基于RTLinux的開放式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了反饋信號和控制信號的自由獲取。重點(diǎn)解決了AD采集卡驅(qū)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制周期為50μs的實(shí)時控制,這為測試以后設(shè)計的各種高級控制算法提供了實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)時控制系統(tǒng)對這種改進(jìn)的成像方法進(jìn)行了測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)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(kuò)展原子力顯微鏡在納米操作中的進(jìn)一步應(yīng)用,本文還對掃描合成的樣品形貌圖像使用小波變換進(jìn)行了特征提取等研究,主要實(shí)現(xiàn)了對圖像的去噪以及樣品