來說，由于反饋核心是一套嵌入的軟件算法，參考點(diǎn)實(shí)質(zhì)上也屬于算法軟件中的一個變量，因此閉環(huán)回程空掃描技術(shù)的實(shí)現(xiàn)非常方便，只要修改相應(yīng)的內(nèi)嵌軟件，使參考點(diǎn)這個變量改變與輸出掃描回程的驅(qū)動電壓同步即可。
[0054]數(shù)字反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)回程空掃描技術(shù)還有一種更加簡單的方法，就是在輸出掃描回程的驅(qū)動電壓的同時，停止運(yùn)行數(shù)字反饋算法(相當(dāng)于切關(guān)斷反饋環(huán)路)，直接將輸出驅(qū)動電壓置為最小值，此時探針升起，針尖與樣品分離。由于上述方法中，掃描回程時反饋環(huán)路會被切斷，反饋控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，因此本發(fā)明將該方法稱為開環(huán)回程空掃描控制方法。
[0055]此外，閉環(huán)回程空掃描控制方法對模擬和數(shù)字反饋控制系統(tǒng)均適用，在掃描回程既可控制針尖與樣品分離，也可通過選擇適當(dāng)?shù)膮⒖键c(diǎn)使針尖與樣品不完全分離而只是減弱針尖和樣品的相互作用，同樣能實(shí)現(xiàn)減少探針損耗的目的，這種情況下，由于在正向掃描和掃描回程間不存在針尖與樣品間周期性分離、接觸的轉(zhuǎn)換和沖擊的情況，系統(tǒng)具有狀態(tài)更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。而開環(huán)回程空掃描控制方法在掃描回程時反饋環(huán)路會被切斷，其只適用于數(shù)字反饋系統(tǒng)，但卻具有實(shí)現(xiàn)方法簡單的優(yōu)勢。
[0056]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將傳統(tǒng)掃描探針顯微鏡的每一個探針往返掃描行按是否需要采集探針與樣品間的相互作用信息分成正向掃描行和返回掃描行，并在不需要采集探針與樣品間的相互作用信息的掃描回程，使探針與樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離，可減少或消除探針的無效磨損或損耗，增加探針的使用壽命。而且本發(fā)明對探針的耐磨性無特殊要求，無論是普通探針還是耐磨探針，只要其采用本發(fā)明的方法，均可大幅提尚其使用壽命。
[0057]以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:掃描探針顯微鏡在需要采集信號的正向掃描過程采集探針與樣品的相互作用信息，而在不需要采集信號的返回掃描過程通過改進(jìn)的回程空掃描控制方法，使探針與樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述改進(jìn)的回程空掃描控制方法為閉環(huán)回程空掃描控制方法，所述閉環(huán)回程空掃描控制方法，其具體為: 掃描探針顯微鏡在正向掃描行掃描結(jié)束、返回掃描行掃描開始時，改變掃描探針顯微鏡反饋控制系統(tǒng)的設(shè)定參考點(diǎn)，使反饋控制系統(tǒng)基于新的參考點(diǎn)，輸出對應(yīng)的用于決定探針升降的掃描器垂直方向電壓，使探針和樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離；在返回掃描行掃描結(jié)束、正向掃描行掃描開始時，掃描探針顯微鏡的反饋控制系統(tǒng)恢復(fù)原有的參考點(diǎn)設(shè)定值，使反饋控制系統(tǒng)回到常規(guī)狀態(tài)，開始下一個正向掃描行掃描。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述改進(jìn)的回程空掃描控制方法為開環(huán)回程空掃描控制方法，所述開環(huán)回程空掃描控制方法，其具體為: 掃描探針顯微鏡在正向掃描行掃描結(jié)束、返回掃描行掃描開始時，關(guān)斷掃描探針顯微鏡的反饋控制系統(tǒng)，通過直接控制用于決定探針升降的掃描器垂直方向電壓，來使探針和樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離；在返回掃描行掃描結(jié)束、正向掃描行掃描開始時，重新打開掃描探針顯微鏡的反饋控制系統(tǒng)，使反饋控制系統(tǒng)恢復(fù)常規(guī)狀態(tài)，開始下一個正向掃描行掃描。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述掃描探針顯微鏡的反饋控制系統(tǒng)采用PID模擬反饋控制系統(tǒng)，所述PID模擬反饋控制系統(tǒng)包括: 模擬輸入端，用于輸入采集到的探針與樣品間的實(shí)際作用力信號； 參考點(diǎn)設(shè)定電路，用于設(shè)定參考點(diǎn)的作用力信號； 減法器電路，用于根據(jù)實(shí)際作用力信號與參考點(diǎn)的作用力信號生成設(shè)定作用力與實(shí)際作用力的誤差信號； 比例放大器、積分器和微分器，用于對減法器電路輸出的誤差信號進(jìn)行模擬信號運(yùn)算處理； 加法器電路，用于將比例放大器、積分器和微分器輸出的信號進(jìn)行合并，以輸出用于決定探針升降的掃描器垂直方向電壓信號； 所述減法器電路的兩個輸入端分別與模擬輸入端和參考點(diǎn)設(shè)定電路連接，所述減法器電路的輸出端分別與比例放大器的輸入端、積分器的輸入端和微分器的輸入端連接，所述比例放大器的輸出端、積分器的輸出端和微分器的輸出端分別與加法器電路的三個輸入端連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述參考點(diǎn)設(shè)定電路包括: 第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于調(diào)節(jié)參考點(diǎn)的作用力設(shè)定值； 第一控制模塊，用于調(diào)節(jié)第一數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸出； 所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸出端通過第一控制模塊而與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接，所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸出端與減法器電路的輸入端連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述掃描探針顯微鏡在正向掃描行掃描結(jié)束、返回掃描行掃描開始時，通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、第一控制模塊和第一數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的配合來改變掃描探針顯微鏡反饋控制系統(tǒng)的設(shè)定參考點(diǎn)的作用力設(shè)定值，以降低反饋控制系統(tǒng)輸出的掃描器垂直方向電壓，進(jìn)而使探針和樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:還包括空掃描參考點(diǎn)、切換控制信號輸入端和模擬開關(guān)，所述模擬開關(guān)的輸入端設(shè)有第一切換點(diǎn)和第二切換點(diǎn)，所述第一切換點(diǎn)與參考點(diǎn)設(shè)定電路連接，所述第二切換點(diǎn)與空掃描參考點(diǎn)連接，所述模擬開關(guān)的輸出端與減法器電路的輸入端連接，所述模擬開關(guān)在切換控制信號輸入端輸入的切換控制信號作用下實(shí)現(xiàn)第一切換點(diǎn)與第二切換點(diǎn)之間的相互切換。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述掃描探針顯微鏡在正向掃描行掃描結(jié)束、返回掃描行掃描開始時，通過模擬開關(guān)由第一切換點(diǎn)切換至第二切換點(diǎn)的方式來改變掃描探針顯微鏡反饋控制系統(tǒng)的設(shè)定參考點(diǎn)的作用力設(shè)定值，以降低反饋控制系統(tǒng)輸出的掃描器垂直方向電壓，進(jìn)而使探針和樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離。9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述掃描探針顯微鏡的反饋控制系統(tǒng)采用數(shù)字反饋控制系統(tǒng)，所述數(shù)字反饋控制系統(tǒng)包括: 模擬輸入端，用于輸入采集到的表征探針與樣品間的實(shí)際作用力大小的模擬信號； 第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 第二控制模塊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號計(jì)算實(shí)際作用力與作用力設(shè)定值的差值，并根據(jù)計(jì)算的結(jié)果生成用于決定探針升降的數(shù)字電壓信號； 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將生成的數(shù)字電壓信號為模擬電壓信號輸出； 所述模擬輸入端依次通過第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和第二控制模塊進(jìn)而與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，其特征在于:所述第二控制模塊采用中央處理器或數(shù)字信號處理器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的掃描探針顯微鏡掃描方法，掃描探針顯微鏡在需要采集信號的正向掃描過程采集探針與樣品的相互作用信息，而在不需要采集信號的返回掃描過程通過改進(jìn)的回程空掃描控制方法，使探針與樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離。本發(fā)明掃描探針顯微鏡在不需要采集探針與樣品相互作用信息的返回掃描過程，使探針與樣品間的相互作用減弱或使探針與樣品完全分離，可有效減少或消除回程掃描過程中探針的無效磨損或損耗，增加了探針的使用壽命，也減少了顯微鏡的使用成本。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于顯微技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】G01N23/225
【公開號】CN105241908
【申請?zhí)枴緾N201510543658
【發(fā)明人】吳浚瀚
【申請人】廣州市本原納米儀器有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月28日