来说，由于反馈核心是一套嵌入的软件算法，参考点实质上也属于算法软件中的一个变量，因此闭环回程空扫描技术的实现非常方便，只要修改相应的内嵌软件，使参考点这个变量改变与输出扫描回程的驱动电压同步即可。
[0054]数字反馈系统实现回程空扫描技术还有一种更加简单的方法，就是在输出扫描回程的驱动电压的同时，停止运行数字反馈算法(相当于切关断反馈环路)，直接将输出驱动电压置为最小值，此时探针升起，针尖与样品分离。由于上述方法中，扫描回程时反馈环路会被切断，反馈控制系统处于开环状态，因此本发明将该方法称为开环回程空扫描控制方法。
[0055]此外，闭环回程空扫描控制方法对模拟和数字反馈控制系统均适用，在扫描回程既可控制针尖与样品分离，也可通过选择适当的参考点使针尖与样品不完全分离而只是减弱针尖和样品的相互作用，同样能实现减少探针损耗的目的，这种情况下，由于在正向扫描和扫描回程间不存在针尖与样品间周期性分离、接触的转换和冲击的情况，系统具有状态更稳定的优点。而开环回程空扫描控制方法在扫描回程时反馈环路会被切断，其只适用于数字反馈系统，但却具有实现方法简单的优势。
[0056]与现有技术相比，本发明将传统扫描探针显微镜的每一个探针往返扫描行按是否需要采集探针与样品间的相互作用信息分成正向扫描行和返回扫描行，并在不需要采集探针与样品间的相互作用信息的扫描回程，使探针与样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离，可减少或消除探针的无效磨损或损耗，增加探针的使用寿命。而且本发明对探针的耐磨性无特殊要求，无论是普通探针还是耐磨探针，只要其采用本发明的方法，均可大幅提尚其使用寿命。
[0057]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1.一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:扫描探针显微镜在需要采集信号的正向扫描过程采集探针与样品的相互作用信息，而在不需要采集信号的返回扫描过程通过改进的回程空扫描控制方法，使探针与样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离。2.根据权利要求1所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述改进的回程空扫描控制方法为闭环回程空扫描控制方法，所述闭环回程空扫描控制方法，其具体为: 扫描探针显微镜在正向扫描行扫描结束、返回扫描行扫描开始时，改变扫描探针显微镜反馈控制系统的设定参考点，使反馈控制系统基于新的参考点，输出对应的用于决定探针升降的扫描器垂直方向电压，使探针和样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离；在返回扫描行扫描结束、正向扫描行扫描开始时，扫描探针显微镜的反馈控制系统恢复原有的参考点设定值，使反馈控制系统回到常规状态，开始下一个正向扫描行扫描。3.根据权利要求1所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述改进的回程空扫描控制方法为开环回程空扫描控制方法，所述开环回程空扫描控制方法，其具体为: 扫描探针显微镜在正向扫描行扫描结束、返回扫描行扫描开始时，关断扫描探针显微镜的反馈控制系统，通过直接控制用于决定探针升降的扫描器垂直方向电压，来使探针和样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离；在返回扫描行扫描结束、正向扫描行扫描开始时，重新打开扫描探针显微镜的反馈控制系统，使反馈控制系统恢复常规状态，开始下一个正向扫描行扫描。4.根据权利要求2所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述扫描探针显微镜的反馈控制系统采用PID模拟反馈控制系统，所述PID模拟反馈控制系统包括: 模拟输入端，用于输入采集到的探针与样品间的实际作用力信号； 参考点设定电路，用于设定参考点的作用力信号； 减法器电路，用于根据实际作用力信号与参考点的作用力信号生成设定作用力与实际作用力的误差信号； 比例放大器、积分器和微分器，用于对减法器电路输出的误差信号进行模拟信号运算处理； 加法器电路，用于将比例放大器、积分器和微分器输出的信号进行合并，以输出用于决定探针升降的扫描器垂直方向电压信号； 所述减法器电路的两个输入端分别与模拟输入端和参考点设定电路连接，所述减法器电路的输出端分别与比例放大器的输入端、积分器的输入端和微分器的输入端连接，所述比例放大器的输出端、积分器的输出端和微分器的输出端分别与加法器电路的三个输入端连接。5.根据权利要求4所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述参考点设定电路包括: 第一模数转换芯片，用于将输入的模拟信号转换为数字信号； 第一数模转换芯片，用于调节参考点的作用力设定值； 第一控制模块，用于调节第一数模转换芯片的输出； 所述第一模数转换芯片的输出端通过第一控制模块而与第一数模转换芯片的输入端连接，所述第一数模转换芯片的输出端与减法器电路的输入端连接。6.根据权利要求5所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述扫描探针显微镜在正向扫描行扫描结束、返回扫描行扫描开始时，通过第一模数转换芯片、第一控制模块和第一数模转换芯片的配合来改变扫描探针显微镜反馈控制系统的设定参考点的作用力设定值，以降低反馈控制系统输出的扫描器垂直方向电压，进而使探针和样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离。7.根据权利要求4所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:还包括空扫描参考点、切换控制信号输入端和模拟开关，所述模拟开关的输入端设有第一切换点和第二切换点，所述第一切换点与参考点设定电路连接，所述第二切换点与空扫描参考点连接，所述模拟开关的输出端与减法器电路的输入端连接，所述模拟开关在切换控制信号输入端输入的切换控制信号作用下实现第一切换点与第二切换点之间的相互切换。8.根据权利要求7所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述扫描探针显微镜在正向扫描行扫描结束、返回扫描行扫描开始时，通过模拟开关由第一切换点切换至第二切换点的方式来改变扫描探针显微镜反馈控制系统的设定参考点的作用力设定值，以降低反馈控制系统输出的扫描器垂直方向电压，进而使探针和样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离。9.根据权利要求2或3所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述扫描探针显微镜的反馈控制系统采用数字反馈控制系统，所述数字反馈控制系统包括: 模拟输入端，用于输入采集到的表征探针与样品间的实际作用力大小的模拟信号； 第二模数转换芯片，用于将输入的模拟信号转换为数字信号； 第二控制模块，用于根据转换后的数字信号计算实际作用力与作用力设定值的差值，并根据计算的结果生成用于决定探针升降的数字电压信号； 第二数模转换芯片，用于将生成的数字电压信号为模拟电压信号输出； 所述模拟输入端依次通过第二模数转换芯片和第二控制模块进而与第二数模转换芯片的输入端连接。10.根据权利要求9所述的一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，其特征在于:所述第二控制模块采用中央处理器或数字信号处理器。
【专利摘要】本发明公开了一种改进的扫描探针显微镜扫描方法，扫描探针显微镜在需要采集信号的正向扫描过程采集探针与样品的相互作用信息，而在不需要采集信号的返回扫描过程通过改进的回程空扫描控制方法，使探针与样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离。本发明扫描探针显微镜在不需要采集探针与样品相互作用信息的返回扫描过程，使探针与样品间的相互作用减弱或使探针与样品完全分离，可有效减少或消除回程扫描过程中探针的无效磨损或损耗，增加了探针的使用寿命，也减少了显微镜的使用成本。本发明可广泛应用于显微技术领域。
【IPC分类】G01N23/225
【公开号】CN105241908
【申请号】CN201510543658
【发明人】吴浚瀚
【申请人】广州市本原纳米仪器有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月28日