[发明专利]一种自适应步进扫描模块及其三维原子力显微镜和控制方法

权利要求书

1.面向三维原子力显微镜的自适应步进扫描模块，其特征在于，包括智能反馈控制器、六轴位移台、数据采集卡和控制模块，其中，所述原子力显微镜的探针驱动器受所述六轴位移台驱动以发生倾斜，所述探针驱动器与所述智能反馈控制器通讯连接，所述智能反馈控制器通过所述数据采集卡与所述控制模块通讯连接，所述数据采集卡与所述六轴位移台通讯连接。

2.如权利要求1所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述六轴位移台为六轴六足位移台H840。

3.如权利要求1所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述智能反馈控制器为DSP芯片。

4.如权利要求3所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述DSP芯片通过外接模数转换芯片AD7725和数模转换芯片AD5542与所述探针驱动器相连接。

5.如权利要求4所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述DSP芯片通过内置的多通道缓冲接口McBSP0的CLKR引脚、FSR引脚、DR0引脚分别与所述模数转换芯片AD7725的SCO引脚、FSO引脚、引脚SDO相连；

所述DSP芯片的CLKX引脚、FSX引脚、DX0引脚分别与所述数模转换芯片AD5542的SCLK引脚、REFS引脚、DIN引脚相连；

所述外接模数转换芯片AD7725和数模转换芯片AD5542的输出端连接所述探针驱动器的输入端。

6.如权利要求4所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述数据采集卡是PXI-6366高速数据采集卡。

7.如权利要求6所述的自适应步进扫描模块，其特征在于，所述控制模块通过所述数据采集卡PXI-6366的第0通道引脚AI0与所述数模转换芯片AD5542的引脚Vout相连。

8.三维原子力显微镜，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的自适应步进扫描模块、探针驱动器、微悬臂梁、样品驱动器和横向驱动器，其中，所述探针驱动器的底部固定有微悬臂梁，所述微悬臂梁上集成有探针，所述样品驱动器用于驱动样品在X轴、Y轴方向移动，所述样品驱动器与所述横向控制器通讯连接，所述横向控制器通过所述数据采集卡与所述控制模块通讯连接。

9.如权利要求8所述的三维原子力显微镜的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对样品整体进行盲扫：探针驱动器驱动探针以恒力趋近样品，探针接触样品时，通过智能反馈控制器的输出获得此扫描点的高度信息，探针驱动器驱动探针在Z轴方向上抬起额定高度，同时样品驱动器驱动样品在X和Y轴方向上移动，待移到下一个扫描点，采集该扫描点的高度信息，同时记录该扫描点的三坐标信息，如此循环，获得预扫描图像数据，通过数据采集卡输出后存储于控制模块中；

步骤2，控制模块根据预扫描图像数据，定位侧壁位置，并依据所述扫描点Z轴方向高度数据的变化大小确定每个扫描点需倾斜的角度后存储；

步骤3，扫描侧壁位置：控制模块通过所述数据采集卡将侧壁位置每个扫描点对应的倾斜角度发送给所述六轴位移台，原子力显微镜采集侧壁位置的扫描点的位置信息，具体的，所述六轴位移台带动探针驱动器旋转以带动所述探针旋转，实现探针对侧壁的自适应倾斜，倾斜后的探针受探针驱动器的驱动在Z轴方向上移动，采集一处侧壁位置的高度信息，随着样品驱动器驱动样品在X、Y轴方向上移动，采集所有侧壁位置的三坐标信息，得到样品的三维形貌信息。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，当高度数据变化小于50nm时，探针倾斜角度为5°，当高度数据变化大于50nm小于200nm时，探针倾斜角度为10°，当高度数据变化大于200nm小于300nm时，探针倾斜角度为15°，当高度数据大于300nm小于500nm时，探针倾斜角度为20°。