一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法技术

本发明专利技术提供了一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法，包括：使用原子力显微镜在表面电势不均匀的区域探测样品表面形貌，获取样品表面的形貌图像，提取形貌偏移量；根据探针振动模型建立表面电势信号与形貌偏移量之间的定量关系模型；将步骤1的形貌偏移量与步骤2的定量关系模型进行比对，获得表面电势信号。本发明专利技术无需使用额外的探测模块，能够节约成本，同时基于形貌探测的高分辨率，使得探测表面电势不存在信号失真问题，分辨率高于现有的开尔文力或静电力探测技术。辨率高于现有的开尔文力或静电力探测技术。辨率高于现有的开尔文力或静电力探测技术。

【技术实现步骤摘要】
一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法


[0001]本专利技术涉及扫描探针显微
，具体但不限于涉及一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法。

技术介绍

[0002]原子力显微镜使用纳米级的针尖来探测样品表面的形貌信息，具有成像分辨率高、无损伤的优点。近年来，人们在原子力显微镜的基础上开发了开尔文探针力显微技术和静电力显微技术，来探测样品表面的电学性质。然而，由于在开尔文力和静电力探测时，探针需要抬高至远离样品表面数十至数百纳米，导致成像分辨率不高、信号存在失真等问题。目前已有一些技术方案通过维纳滤波等信号后处理手段，从开尔文探针力显微图像和静电力显微图像中提取样品表面电势信息，但这些方法并不能提高成像分辨率，且技术手段复杂、依赖附加的仪器探测模块。
[0003]有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术提出了一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法，实现了直接提取表面电势信号，无需额外的开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：使用原子力显微镜在表面电势不均匀的区域探测样品表面形貌，获取样品表面的形貌图像，并从中提取形貌偏移量；步骤2：根据探针振动模型建立表面电势信号与形貌偏移量之间的定量关系模型；步骤3：将步骤1的形貌偏移量与步骤2的定量关系模型进行比对，获得表面电势信号。2.根据权利要求1所述的从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法，其特征在于，步骤2中的探针振动模型为：其中，m为探针有效质量，z(t)为t时刻探针相对其平衡位置的坐标，和分别为z关于时间的一次和二次导数，ω0、Q和k分别为探针的固有频率、品质因数和劲度系数，、Q和k分别为探针的固有频率、品质因数和劲度系数，F
d
和ω分别为驱动力振幅和频率，F
ts
和d分别为探针和样品间的作用力和平均间距。3.根据权利要求2所述的从原子力显微镜形貌图像中提取表面电势信号的方法，其特征在于，步骤2中根据探针振动模型建立定量关系模型包括以下步骤：步骤2
‑
1：根据探针振动模型建立探针作用力和振幅之间的关系模型，所述探针作用力和振幅之间的关系模型为：其中，ω0、Q和k分别为探针的固有频率、品质因数和劲度系数，z为探针相对其平衡位置的坐标，d为探针和样品间的平均间距，A0表示探针远离样品表面时(d
→
∞)的振幅，A表示探针靠近样品表面时(d
→
A)时的振幅；步骤2
‑
2：当样品表面电势为0时，探针与样品间不存在长程静电力，则探针与样品间的作用力F
ts
为：F
ts
＝F
vdw
，计算表面电势为0时探针与样品的平均间距d0的公式为：其中，F
vdw
为范德华力；步骤2
‑
3：当样品表面电势为V
s

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，王宇，朱宸，李金泽，任青颖，白刚，陈德媛，李卫，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：