[发明专利]利用STM的电流信号对AFM信号进行测量的系统

摘要

本发明公开一种利用STM的电流信号对AFM信号进行测量的系统，能够利用STM的电流信号对AFM信号进行测量。所述系统主要包括：力学传感器、高带宽电流放大器、非正弦周期信号处理模块、AFM振幅采集器、AFM频率采集器、电流采集器、乘法器、低通滤波器、PI控制模块、压控振荡器、振幅控制模块、差频输出模块和z控制模块。摘要附图中以音叉型微悬臂作为力学传感器为例给出技术原理图：首先利用压控振荡器使微悬臂以频率f₀震荡。样品加电压，在针尖上引导线取得针尖‑样品间的隧道电流，经高带宽电流放大器得到实时隧道电流，将其输入非正弦周期信号处理模块，后续分析得到AFM振幅A₁、频率f_sample、STM隧道电流；进而用隧道电流或Δf作为反馈实现扫描。

主权项

1.一种利用STM的电流信号对AFM信号进行测量的系统，其特征在于，主要包括：力学传感器、高带宽电流放大器、非正弦周期信号处理模块、AFM振幅采集器、AFM频率采集器、电流采集器、乘法器、低通滤波器、PI控制模块、压控振荡器、相位调节器、Gain控制器、振幅控制模块、差频输出模块和z控制模块；其中，将在力学传感器处采集得到的隧道电流信号输入所述高带宽电流放大器进行放大，接着将放大后的隧道电流输入所述非正弦周期信号处理模块分析处理，所述非正弦周期信号处理模块的第一输出端连接所述AFM振幅采集器，其分析后可得到AFM信号的振幅A₁，将采集得到的A₁输入到所述振幅控制模块，振幅控制模块用于控制A₁的大小与设定值A_set相符，所述振幅控制模块的输出连接所述Gain控制器，所述非正弦周期信号处理模块的第二输出端连接所述AFM频率采集器，其分析后得到AFM针尖在样品表面的振动频率信号f_sample，所述AFM频率采集器连接所述乘法器的第一输入端，所述乘法器的第二输入端连接所述压控振荡器的输出端，乘法器用于对所述AFM频率采集器的输出信号和所述压控振荡器的输出信号做乘法运算，后依次传输给所述低通滤波器、所述PI控制模块，这里信号分为两路，一路信号用于激励陶瓷的控制，具体为：所述PI控制模块连接所述压控振荡器，所述压控振荡器输出连接所述相位调节器的输入端，所述相位调节器的输出端连接所述Gain控制器的输入端，所述Gain控制器的输出端连接激励陶瓷；所述压控振荡器输出用于激励压电陶瓷震荡的高频信号，经过相位调节器和所述Gain控制器的调节，最终生成激励信号，其中所述相位调节器用于调节压控振荡器输出信号的相位；所述Gain控制器连接AFM力学传感器的激励陶瓷，用于调节所述相位调节器输出信号的增益，并将增益调节后的信号传输至所述激励陶瓷；另一路信号用于得到频率偏移Δf，具体为PI控制模块和压控振荡器的信号共同输入所述差频输出模块，得到频率偏移输入至z控制模块，所述非正弦周期信号处理模块的第三输出端连接所述电流采集器，其分析后得到STM的隧道电流信号，例如隧道电流的最大值、最小值、平均电流等，所述电流采集器连接z控制，将隧道电流信号作为反馈值，所述z控制模块连接AFM的z方向压电陶瓷，用于根据差频输出模块和所述电流采集器输出的信号生成控制所述压电陶瓷在z方向运动的控制信号，并传输至所述压电陶瓷，用于控制针尖和样品间距。