[发明专利]提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及驱动原子力显微镜(AFM)探针悬臂振动领域，且特别涉及一种基于施加直流偏压提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法。

背景技术

原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)，一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。

对于传统的商业原子力显微镜(AFM)，用来放置探针的液体槽装有压电陶瓷，当在溶液环境中工作在轻敲模式时，通过在压电陶瓷上加交流电压引起其形变而驱动探针振动。由于压电陶瓷埋在液体槽中，这样当探针振动时，整个液体槽也会产生机械振动，观察频谱图，可以看到很多森林似的杂峰，降低了信噪比，并且由于杂峰的存在，有时会选错探针的共振频率。对于新发展的静电力驱动AFM悬臂振动的方法，避免了杂峰的产生，但是由于弱的静电作用力，悬臂振动振幅较小，从而信噪比较低，阻碍了这一新技术的应用。

发明内容

本发明提出一种提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法，在基于静电力驱动探针悬臂振动的方法上通过施加直流偏压提高振动幅值，从而提高振动信号的信噪比，进而提高了分辨率。

为了达到上述目的，本发明提出一种提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法，包括下列步骤：

在探针悬臂背面的金属镀层和导电玻璃上施加交流电压，产生静电场；

所述静电场产生的静电力作用在所述探针悬臂上，驱动所述探针悬臂振动；

在施加交流电压的基础上施加直流偏压，提高所述探针悬臂的振动幅度；

根据所述探针悬臂振动的频谱图，结合原子力显微镜进行成像。

进一步的，所述导电玻璃为铟化镓玻璃。

进一步的，所述交流电压的频率为探针悬臂的本征共振频率。

进一步的，所述探针悬臂振动的频谱图由数据采集卡采集所述探针悬臂的振动信号，并通过傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，从而产生所述探针悬臂振动的频谱图。

进一步的，所述数据采集卡采样频率为5MHz，采样数为1M。

本发明提出一种解决用静电力驱动原子力显微镜悬臂振动振幅较小的问题，特别是传统的用压电陶瓷驱动探针振动时由于机械振动产生许多除探针悬臂共振峰以外的杂峰，影响探针共振频率的选择，而新发展的静电力驱动原子力显微镜悬臂振动的方法，由于弱的静电作用力，悬臂振动振幅较小，从而振动信号的信噪比较低，导致仪器分辨率降低，本发明在基于静电力驱动探针悬臂振动的方法上通过施加直流偏压提高振动幅值，从而提高振动信号的信噪比，进而提高了分辨率。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法流程图。本发明提出一种提高静电力驱动原子力显微镜探针悬臂振动幅度的方法，包括下列步骤：

步骤S100：在探针悬臂背面的金属镀层和导电玻璃上施加交流电压，产生静电场；

步骤S200：所述静电场产生的静电力作用在所述探针悬臂上，驱动所述探针悬臂振动；

步骤S300：在施加交流电压的基础上施加直流偏压，提高所述探针悬臂的振动幅度；

步骤S400：根据所述探针悬臂振动的频谱图，结合原子力显微镜进行成像。

根据本发明较佳实施例，所述导电玻璃为铟化镓玻璃ITO，该方法通过信号发生器产生交流电压施加到悬臂和ITO玻璃上，从而产生静电力驱动探针悬臂振动，所述交流电压的频率为探针悬臂的本征共振频率，同时产生直流偏压施加到悬臂和ITO玻璃上，提高探针悬臂振动幅度。

进一步的，所述探针悬臂振动的频谱图由数据采集卡采集所述探针悬臂的振动信号，并通过傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，从而产生所述探针悬臂振动的频谱图，可以得到在其振动频谱图中只有一个干净平滑的共振峰，避免了传统压电陶瓷驱动方法中杂峰的出现，所述数据采集卡采样频率为5MHz，采样数为1M。