扫描探针显微镜控制技术介绍

扫描探针显微镜控制技术

扫描探针显微镜控制需要克服压电驱动器的迟滞、蠕变和振动特性，实现对水平平面的扫描轨迹跟踪和竖直方向上探针与样品表面距离定位的精确控制。

1、水平方向控制

水平方向控制通过控制压电驱动器使探针在样品表面完成重复光栅式扫描，即x轴上重复快速地跟踪三角波轨迹，y轴上则相对缓慢地跟踪斜坡轨迹。水平方向控制使扫描探针显微镜探针在样品表面能够高速精确地跟踪扫描轨迹，从而实现扫描探针显微镜的高速扫描精度和扫描速度。

2、竖直方向控制

扫描探针显微镜竖直方向控制通过压电驱动器，控制探针与样品表面之间距离以使探针与样品表面相互作用的物理Z保持稳定(或者将探针与样品表面之间距离稳定在某一固定值)。竖直办向定位精确度直接影响到扫描探针显微镜成像和纳米操作的精度，定位速度影响到扫描探针显微镜的成像速度。

样品表面轮廓是未知的、探针与样品间距对其相互作用非常敏感和相互作用非常复杂等问题使在竖直方向上实现快速精确定位十分困难。扫描探针显微镜竖直方向控制的作用是在克服上述问题的基础上实现探针在竖直方向的精确快速定位。

3、MIMO控制

扫描探针显微镜控制器需要同时控制水平方向的扫描以及垂直方向的定位，水平平面x轴的高速移动会引起可轴方向的振动，水平方向高速扫描也会引起探针与样品之间竖直方向上的振动;这样的水平方向和竖直方向的耦合问题在高速扫描时特别明碌。耦合所引起的定位误差严重地影响扫描探针显微镜的成像质量，甚至会损坏探针和扫描样品。

　　审核编辑：汤梓红