【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫描探针显微镜的扫描领域，尤其涉及一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法及装置。
技术介绍
1、传统的峰值力轻敲模式(peak force tapping mode)目前市面上能够做到最快扫描速度的是布鲁克公司的dimension fast scan，能够以8khz 的峰值力轻敲频率进行扫描成像。但是最大扫描范围仅有35um*35um。并且dimension fast scan是通过对上一代的扫描头进行大幅度修改才做到的更快的扫描速度。同时8khz的峰值力轻敲频率也仅仅是比最开始的 2khz提高了四倍，速度提升十分有限。
2、洛桑联邦理工学院的fantner小组通过以光热效应驱动来替代传统峰值力轻敲的驱动方式，从而可以做到100khz的峰值力轻敲频率。但是缺陷在于扫描范围非常小，仅有1.8um*1.8um。
3、因而，同时提高探针调制频率并且不会缩小扫描范围，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法及装置，以解决峰值力轻敲频率低以及扫描范围受限制的问题。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，包括以下步骤：
3、获取所述探针单元与样品之间的作用力信号；所述作用力信号表征了所述样品所受到的作用力随时间变化的特征；
4、根据所述作用力信号计算真实幅值信号；所述真实幅值信号表征
5、获取设定幅值信号；
6、获取第一正弦信号；并根据所述真实幅值信号、所述设定幅值信号和所述第一正弦信号得到目标作用力信号；
7、依据所述目标作用力信号以目标样品扫描模式扫描所述样品的表面；所述目标样品扫描模式表征了在所述目标作用力信号的指示下扫描所述样品表面的工作模式。
8、可选的，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
9、获取第二正弦信号，在所述作用力信号触发下，根据所述第二正弦信号生成背景信号；
10、根据所述背景信号和所述作用力信号得到第一作用力信号；所述第一作用力信号表征了减去背景信号后的第一真实作用力信号；
11、根据所述第一作用力信号得到平均基线信号；所述平均基线信号表征了所述第一作用力信号的平均基线；
12、根据所述平均基线信号和所述第一作用力信号得到第二作用力信号；所述第二作用力信号表征了所述第一作用力信号减去所述平均基线信号后的第二真实作用力信号；
13、根据所述第二作用力信号得到第三作用力信号；所述第三作用力信号表征了所述第二作用力信号取正值后的第三真实作用力信号；
14、根据所述第三作用力信号得到所述真实幅值信号。
15、可选的，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
16、获取第三正弦信号；
17、根据所述第三正弦信号和所述作用力信号得到第四作用力信号，所述第四作用力信号表征了所述作用力信号和第三正弦信号混频相乘得到的信号；
18、根据所述第四作用力信号得到真实幅值信号，所述真实幅值信号表征了作用力信号的幅值信号。
19、可选的，获取第一正弦信号；根据所述真实幅值信号、所述设定幅值信号和所述第一正弦信号得到目标作用力信号，具体步骤为：
20、根据所述真实幅值信号和所述设定幅值信号得到误差信号；所述误差信号表征了所述真实幅值信号和所述设定幅值信号的误差信息；
21、根据所述误差信号得到控制信号；
22、获取第一正弦信号；
23、根据所述第一正弦信号和所述控制信号得到所述目标作用力信号。
24、可选的，所述获取所述探针单元与样品之间的作用力信号，具体步骤包括：
25、获取所述目标作用力信号；
26、根据所述目标作用力信号进行所述目标样品扫描模式的扫描；
27、在进行所述目标样品扫描模式的扫描过程中，对扫描过程进行检测，生成所述作用力信号。
28、根据本专利技术的第二方面，提供了一种基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法，用于对样品表面的机械特性进行测量，该方法包括以下步骤：
29、依据本专利技术第一方面任一项所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法对样品的表面进行扫描，形成扫描运动，并得到作用力信号，其中所述作用力信号表征了所述作用力信号随时间变化的特征；
30、根据所述作用力信号得到定量值；所述定量值表征了样品的表面特征。
31、可选的，根据所述样品扫描信号得到定量值，具体步骤包括：
32、根据所述样品扫描信号得到第五作用力力信号；所述第五作用力信号表征了所述作用于样品的作用力随样品和施力方之间距离变化的特征；
33、根据接触机械模型和所述第五作用力信号确定若干所述定量值。
34、可选的，所述定量值包括：样品和施力方之间的范德华力或/和毛细粘结力。
35、根据本专利技术的第三方面，提供了一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，包括：
36、扫描模块、真实幅值计算模块、设定幅值生成模块以及目标作用力信号生成模块；
37、所述扫描模块的一端连接所述真实幅值计算模块的一端，所述扫描模块的另一端连接所述目标作用力信号生成模块的一端；所述目标作用力信号生成模块的另一端连接所述真实幅值计算模块的另一端和所述设定幅值生成模块；
38、所述扫描模块，用于扫描样品表面以生成作用力信号，并发送所述作用力信号到所述真实幅值计算模块；
39、所述真实幅值计算模块，用于根据所述作用力信号得到真实幅值信号，并发送所述真实幅值信号给所述目标作用力信号生成模块；
40、所述设定幅值生成模块，用于产生设定幅值信号，并发送所述设定幅值信号给所述目标作用力信号生成模块；
41、所述目标作用力信号生成模块，用于利用所述真实幅值信号和所述设定幅值信号生成目标作用力信号，并发送给所述扫描模块；从而控制所述扫描模块根据目标作用力信号，以目标样品扫描模式进行扫描工作。
42、可选的，所述扫描模块具体包括：
43、光束发送单元、信号检测单元、纵向压电驱动单元、探针保持单元、探针悬臂梁单元和探针单元；
44、其中，所述探针单元的一端安装在探针保持单元中，所述探针悬臂梁单元连接探针保持单元，且探针悬臂梁单元支撑探针单元，所述探针单元的另一端延伸出所述探针悬臂梁单元；所述纵向压电驱动单元的一端连接所述探针保持单元，所述纵向压电驱动单元的另一端连接所述目标作用力信号生成模块；所述信号检测单元连接所述真实幅值计算模块的一端；
45、所述探针单元，用于以一定的作用力周期性作用于样品的表面；且所述探针单元受控于所述纵向压电驱动单元，
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1.一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其中，所述扫描探针显微镜包括探针单元，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
4.根据权利要求2或3所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，获取第一正弦信号；根据所述真实幅值信号、所述设定幅值信号和所述第一正弦信号得到目标作用力信号，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，获取所述探针单元与样品之间的作用力信号，具体步骤包括：
6.一种基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法，用于对样品表面的机械特性进行测量，其特征在于，该方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法，其特征在于，根据所
8.根据权利要求7所述的基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法其特征在于，所述定量值包括：样品和施力方之间的范德华力或/和毛细粘结力。
9.一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，其特征在于，所述扫描模块具体包括：
11.根据权利要求10所述的一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，其特征在于，所述真实幅值计算模块具体包括：
12.根据权利要求10所述的一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，其特征在于，所述真实幅值计算模块具体包括：
13.根据权利要求11或12所述的一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，其特征在于，所述目标作用力信号生成模块具体包括：
14.一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描系统，其特征在于，包括：权利要求9-13任一项所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描装置，用于在设定幅值信号的控制下扫描样品，并生成作用力信号；以及
...【技术特征摘要】
1.一种基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其中，所述扫描探针显微镜包括探针单元，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
3.根据权利要求1所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，根据所述作用力信号计算真实幅值信号，具体步骤包括：
4.根据权利要求2或3所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，获取第一正弦信号；根据所述真实幅值信号、所述设定幅值信号和所述第一正弦信号得到目标作用力信号，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于高速瞬时力控制的扫描探针显微镜的扫描方法，其特征在于，获取所述探针单元与样品之间的作用力信号，具体步骤包括：
6.一种基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法，用于对样品表面的机械特性进行测量，其特征在于，该方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于扫描探针显微镜进行机械特性测量的方法，其特征在于，根据所述样品扫描信号得到定...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，施佳林，于鹏，王凯炫，杨铁，杨洋，
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：
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