[发明专利]一种适用于轻敲模式原子力显微镜的谐波激励成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像系统，更特别地说，是指一种适用于轻敲模式原子力显微镜的谐波激励成像系统。

背景技术

原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)是一种利用原子、分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的仪器。原子力显微镜有一根纳米级的探针被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上，当探针很靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像，就能间接获得样品表面的形貌或成分信息。

传统的轻敲模式原子力显微镜的成像系统如图2所示，图中，AFM探针激励器接收AFM控制器输出的单一频率的正弦型信号V′₀(如图2A所示)，而该正弦型信号V′₀的激励频率通常选择为探针(AFM探针激励器的一部分)的第一个共振频率f₁附近。探针的振幅信号作为反馈控制信号V′₂，在扫描成像过程中用来控制探针与样品的距离恒定。探针振幅信号与激励信号间的相位差被记录下来形成相位衬度像，用来反映样品各处的成份差异。

但是，大量的研究表明，相位衬度像只能反映探针与样品之间的非保守力相互作用，无法反映样品各区域保守力相互作用的差别。另外，相位衬度像在小振幅非接触成像条件下无法反映样品各区域的成份差异。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于轻敲模式原子力显微镜的谐波激励成像系统，该成像系统是在现有的AFM探针激励器的激励信号输入端上连接一函数发生器，并在函数发生器与AFM控制器之间增加了低通滤波器和锁相放大器，并且锁相放大器利用基频信号V₁对接收到的检测控制信号V₂进行解调。本发明的成像系统在保留基本的相位成像模式的功能的同时，可以对探针高次振动模式的振幅和相位变化进行成像。这些高次振幅衬度像和高次相位衬度像可以更灵敏的反映样品成份差异，并且可以在非接触模式下区分样品各部分的成像差异。

在本发明中的函数发生器依据波-成像模型y=a1cos(f1t2π)+a2cos(y2f1t2π)+······+aicos(yif1t2π)]]>产生多种频率成分的非正弦谐波信号V₀。

在本发明中低通滤波器用于对接收的非正弦谐波信号V₀进行滤除频率高于第一个共振频率f₁的信号分量，从而得到基频信号V₁。