一种基于正负半周联合成像的AFM成像方法.pdf

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1、240论述2017年4月下一种基于正负半周联合成像的AFM成像方法刘元泽，许红梅（长春理工大学国家纳米操纵与制造国际联合研究中心，长春130022）【摘要】本文针对原子力显微镜（AFM）的扫描成像，提出了一种扫描过程中基于正负半周联合成像的AFM成像方法，该方法分析了AFM扫描过程中探针空降现象对扫描成像精度的影响，通过正负半周获得的扫描数据进行融合补偿，有效地降低了探针空降的影响，提高了扫描精度。最后通过对人肝癌细胞SMMC7721细胞的扫描实验对该方法进行了验证。【关键词】原子力显微镜；探针空降；扫描成像【中图分类号】TP391.4【文献标识码】A【文章编号

2、】1006-4222（2017）08-0240-021引言其中，h为样品的表面形貌高度；u是压电陶瓷Z向的控原子力显微镜（AFM）的诞生，使人类的视野从宏观领域制信号，当压电陶瓷集成在样品台上时为负，若集成在悬臂梁延伸到了微观领域，通过它，科学家们可以在纳米和微米领域上则为正，本文使用的AFM结构为前者；k是压电陶瓷Z向的对物体表面结构特点[1]、力学性质[2]进行研究以及对纳米尺度伸缩系数。为了在高速扫描时一定程度的减小成像误差，可以的物体进行测量、操作和制备等工作，因此被广泛地应用在医将四象限光电检测器输出的反映探针悬臂梁纵向形变量的反馈信号作为修正信号加入

3、到公式（1）中，此时得到公式（2）[5]：学、生物学、物理学、材料学等科学研究中。AFM在科学领域的广泛应用，也使得越来越多的科研人h=k"±u+ν#（2）ksens员投入到AFM的开发研究中。其中，如何提高AFM高速扫描其中，ν是四象限光电检测器的Up-Down值，ksens则是系时的成像精度就是一个方向。就目前来看，提高AFM的成像统开环时的灵敏度系数。精度主要有两个方面，一个是AFM系统的硬件结构改善，例如文献[3]中，作者通过改善压电扫描器的结构，降低水平方向3正负半周扫描联合成像对垂直方向的耦合影响，提高了AFM在高速扫描时的成像精对大多数AFM系统来

4、说，都会为了实现快速扫描的目的度。另一方面则是从算法上改善成像质量，文献[4]中，作者在而提高扫描速度，这样就导致了在扫描每一个点的时候，时间成像过程中考虑压电陶瓷的非线性特性，重新构建Z轴上的都是有限的。所以在遇到扫描样品形貌变化过大，扫描时间有动态模型来更准确的反映探针形变量，从而提高成像质量。限而来不及进行反馈的时候，探针针尖与样品间的作用力没在现有的AFM系统中，由于扫描器Z轴控制算法的原有达到设定值的时候就会执行下一个点的扫描。特别是在探因，可能会造成扫描过程中的探针空降现象，影响扫描成像质针沿着被测样品进行下降扫描的时候，样品形貌相对陡峭，下量，本文

5、针对该问题，提出了一种相对简单但有效的方法，该降过快，探针针尖和样品之间的距离相对过大，作用力不明显方法是通过扫描正负半周的图像数据相互弥补，进行联合成（探针空降），反映到四象限光电检测器即为ν绝对值过小，这像的方式，有效的降低了探针空降造成的影响。就对这一部分的扫描成像造成了影响，表现为扫描图像中存2成像原理在阴影区域。分析AFM系统Z轴采用的PI控制算法可知，增大比例目前使用的最普遍的成像方法是通过压电陶瓷Z轴的控制系数能够加快控制器的作用速度，减小稳态误差；减小积分时信号来获取样品的形貌信息，其成像公式可以用公式（1）表示：间可以减小系统的调节时间。在样品

6、表面形貌下降过快时，提h=±ku（1）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!表1GPRS公网实现监管控制中心与路灯之间的通信，达到监管控高楼内制中心对路灯的远程集中管理。从测试结果可知，系统组网便空旷马路区一层楼二层楼三层楼四层楼五层楼捷、运行状态良好，具有较高的稳定性，是一个典型的通信距0.5km10099999898100离远，低功耗，低成本，抗干扰能力强的系统，能很好的满足路1km999895929099灯控制系统的需求。1.5km9792908880972km959088807895参考文献2.5km8

7、07870686580[1]黄沈磊.基于ZigBee的自组网无线路灯控制系统研究与设计[D].苏3km706860504570州：苏州工业大学，2010.域，当通信距离小于0.5km时，数据无丢包现象；当通信距离[2]彭飞飞.低功耗长距离无线收发模块设计与实现[D].四川：电子科技大于1km时，丢包现象发生，在2.2km范围内，丢包率小于大学，2016.10%。当监管控制中心处于高楼内，通信距离逐渐增加时，随[3]王瑞，李跃忠.基于SX1278的水表端无线抄表控制器[J].电子质量，2015（12）：67~68.着楼层的增加数据丢包率开始增大，1km范围内，高楼

8、内通信[4]宋成艳，李扬