针对目前高速扫描型原子力显微镜（AFM）主要是限于物检测且扫描速度和扫描范围均有待提高,提出了一种高速原子力显微镜结构设计方案。在压电陶瓷致动器驱动的柔性铰链结构式位移台的基础上,构建了AFM大范围扫描器,使原子力显微镜在x-y扫描方向的运动范围达到了100μm×100μm。通过傅里叶频谱分析,计算获得了AFM扫描器常用的三角波驱动信号和正弦波驱动信号的高次谐波特性及其对AFM高速扫描成像的影响程度。为了消除在扫描运动过程中的机械自激振荡,提出了将正弦波信号作为高速扫描的驱动信号,行扫速度达到50line/s。在正弦波驱动的基础上提出了一种基于位置采样的图像获取方法,有效地减小了AFM扫描器的非线性误差造成的图像畸变现象。

研制了一种大扫描范围原子力显微镜(AFM).设计了新的扫描驱动电路,使单幅图像的扫描范围大幅度提高;用步进电机和扫描器配合扫描,得到序列图像,序列图像拼接后获得大范围样品图像.实验结果表明,采用这一方法,在±150V的电压驱动下,AFM的扫描范围可增大到10 μm-1 mm的量级,同时保持1 nm量级的测试分辨力.