一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，包括：AFM系统以及与其连接的超声辅助系统、相位反馈系统，所述超声辅助系统与相位反馈系统连接；方法包括：人机交互界面根据设定的加工深度确定相位差设定值，相位差设定值与相位差检测反馈值输入至PID控制器，PID控制器输出控制信号、光电传感器输出的悬臂梁偏转信号输入至电压加法器，相加后输出至AFM控制器控制探针的加工的深度。本发明专利技术通过实时监测悬臂梁的相位值，最终能够实现加工深度信息的实时检测。

Ultrasonic AFM closed loop nano machining device and method based on phase feedback

The invention relates to an ultrasonic AFM closed-loop nanometer processing device, phase based on feedback including: AFM system and connected with the ultrasonic assisted system, phase feedback system, the ultrasonic assisted system and phase feedback system connection; method includes man-machine interface to determine the phase difference setting value according to the depth of processing set, phase difference set the phase difference detection value and feedback value input to the PID controller, the PID controller outputs a control signal, photoelectric sensor output of the cantilever beam deflection voltage signal input to the adder depth of the output to the AFM controller to control the probe added after processing. The invention can realize the real-time detection of the processing depth information by monitoring the phase value of the cantilever beam in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置和方法
本专利技术涉及一种新型的基于相位反馈的纳米级别闭环控制加工技术，具体地说是一种基于超声辅助原子力显微镜(AFM)技术的新型加工模式-基于相位反馈的闭环控制模式的加工装置和方法。主要用于需要纳米级的加工领域，包括材料、生命科学等各个领域。
技术介绍
目前，原子力显微镜(atomicforcemicroscope:AFM)是利用扫描探针技术在原子尺度下进行纳米加工、制造和成像的新型技术，其最大的特点是灵活性高、可控性好、操作便捷、成本低，可以实现在真空、气体和液体环境中的高分辨率成像和操作。然而，传统AFM加工技术存在着针尖磨损严重、加工效率低、“盲加工”、“过加工/欠加工”和无法实现任务空间的深度闭环控制等问题。超声辅助AFM加工技术的出现在一定程度上克服了传统AFM存在的问题，因此超声辅助AFM加工技术受到了极大的关注。超声辅助AFM借鉴了宏观超声切削的原理，利用样品下面的超声振动器产生高频振动，在加工过程中带动悬臂梁产生同频的受迫振动。样品振动的方式不会因为加工力的增加而导致超声振幅的衰减，因此超声振动的效应不会被减弱。在针尖以超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于包括：AFM系统以及与其连接的超声辅助系统、相位反馈系统，所述超声辅助系统与相位反馈系统连接；AFM系统：用于根据相位反馈系统发出的控制信号控制探针和样品在纳米尺度下的三维相对移动，并实时将探针的悬臂梁偏转信号发送至相位反馈系统；超声辅助系统：用于对样品施加超声振动，并将超声驱动信号发送至相位反馈系统；相位反馈系统：用于根据超声信号和探针的悬臂梁偏转信号得到探针振动相位差，实现基于探针振动相位反馈的加工深度的闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于包括：AFM系统以及与其连接的超声辅助系统、相位反馈系统，所述超声辅助系统与相位反馈系统连接；AFM系统：用于根据相位反馈系统发出的控制信号控制探针和样品在纳米尺度下的三维相对移动，并实时将探针的悬臂梁偏转信号发送至相位反馈系统；超声辅助系统：用于对样品施加超声振动，并将超声驱动信号发送至相位反馈系统；相位反馈系统：用于根据超声信号和探针的悬臂梁偏转信号得到探针振动相位差，实现基于探针振动相位反馈的加工深度的闭环控制。2.按权利要求1所述的一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于所述AFM系统包括AFM控制器(5)、光电传感器(6)、Z向纳米压电陶瓷(7)、探针(8)和XY纳米定位平台(11)；所述AFM控制器(5)的位移控制端与Z向纳米压电陶瓷(7)、XY纳米定位平台(11)连接、输入端与相位反馈系统连接，Z向纳米压电陶瓷(7)与探针(8)固定于XY纳米定位平台(11)上方，光电传感器(6)固定于探针(8)上方，用于接收从探针(8)背面反射的激光，并将探针的悬臂梁偏转信号反馈至相位反馈系统。3.按权利要求1所述的一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于：所述超声辅助系统包括超声驱动器(3)以及与其连接的超声振动器(10)；所述超声驱动器(3)发送超声驱动信号至超声振动器(10)、相位反馈系统；所述超声振动器(10)固定于XY纳米定位平台(11)上，超声振动器(10)上设有样品。4.按权利要求1所述的一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于：所述相位反馈系统包括锁相放大器(1)、人机交互界面(2)、PID控制器(4)和电压加法器(12)；所述锁相放大器(1)的输入端、参考输入端分别与光电传感器(6)和超声驱动器(3)连接，锁相放大器(1)的相位差输出端与人机交互界面(2)连接；人机交互界面(2)输出端与PID控制器(4)的设定值输入端连接，PID控制器(4)的输入端与锁相放大器(1)相位差输出端连接，PID控制器(4)的输出端、光电传感器(6)的输出端分别与电压加法器(12)的两个输入端连接，电压加法器(12)的输出端与AFM控制器(5)输入端连接。5.按权利要求4所述的一种基于相位反馈的超声AFM闭环纳米加工装置，其特征在于：所述人机交互界面(2)的位置输入端与AFM控制器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，施佳林，于鹏，李广勇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21