高速大扫描范围原子力显微镜系统的设计

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。     

基于DDS的超声电机驱动电源的研究

超声电机(USM)和直接数字频率合成(DDS)都是近年来发展起来的新技术,将DDS应用于USM的驱动电源中,可以促进超声电机的推广应用.以DDS技术原理为基础,设计了一个数字式超声电机驱动电源.应用DDS芯片AD9850和单片机(SCM)89C51作为信号发生器,并进行了模拟隔离和功率放大.经过相关实验,采集到了工作波形,得到电机工作频率为37kHz,速度15 mm/s.结果表明,基于DDS的电源工作稳定可靠,调频调相方便,运行无噪声,适合用于驱动超声电机.     

基于USB的SPM图像实时传输模块设计

本文利用Cypress公司生产的USB2.0接口芯片CY7C68013,以及TI公司的DSP芯片TMS320C6713,通过CPLD建立DSP与USB接口芯片的通信通道,通过VB编写的通信软件建立USB与PC机的通信通道,完成了SPM在扫描过程中图像实时传输模块的设计。     

GH—1型光绘图机控制系统

本文描述了GH-1型光绘图机控制系统的工作原理、组成及设计。     

CD-AFM在45 nm节点半导体芯片检测过程中的应用

本文介绍了关键尺寸原子力显微镜（CD-AFM）在半导体芯片制造中的应用。通过对比现有的半导体检测仪器与原子力显微镜的工作原理和检测方法,详细探讨了原子力显微镜在目前的半导体芯片45nm节点工艺关键尺寸检测中的优势地位。根据芯片在线关键尺寸检测的具体要求,提出了原子力显微镜急待解决的相关研究内容。     

PI参数自动寻优控制器设计

针对传统比例-积分-微分(PID)控制器参数整定困难的问题,提出一种新型比例-积分(PI)参数自动寻优控制器(SPO).先确定PI参数的取值范围,按一定取值间距建立PI参数的查找表;针对反馈跟踪控制的3个性能指标,包括上升时间、超调量和稳态误差,分别根据查找表的参数进行轮询式测试,建立3个独立的性能评价数据库;根据满意度函数映射和自动规则产生算法,将3个评价数据库分别用函数表示;为了综合考虑3个性能指标,使系统控制的整体性能达到最佳,引入了价格函数;最后通过基于层截面颗粒度分析的图形算法,寻找出最优的PI参数.在原子力显微镜(AFM)上的实验证明,本控制器能自动寻找出适合当前系统状态的最优PI参数,可避免由于人为经验因素对扫描成像造成的影响,从而取得更好的扫描图像.     

DY-2001型生物芯片点样仪机械结构的确定

叙述了DY-2001型生物芯片点样仪机械结构的构想。通过对市场上常见的几个生物芯片点样仪生产厂家产品机械结构进行了解、分析和对比,根据想要达到的精度水平来确定该机机械结构。涉及到了承载玻片数量的确定、玻片台台面面积的有效利用、固定式玻片台的确立等。指出了该结构可能存在的不足以及在借鉴他人成功经验的基础上,使未来的机械结构形式变得更加完善。     

用于应力应变和疲劳显微分析的原位拉伸系统的研制

工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。     

基于快速原子力显微镜的正弦驱动信号设计

随着人们对微观世界的探知需求,原子力显微镜（AFM）的扫描速度与扫描范围愈发限制其在纳米级领域的应用。各种提高AFM扫描速度的手段应运而生。通过分析扫描速度过快对图像的影响以及对正弦驱动可行性的考察,利用Filed Programmable Gate Array（FPGA）为核心,结合基于PCI04控制系统的AFM的快速扫描的特点,设计正弦波驱动信号。设计中采用查表的方式以及嵌入式nios Ⅱ处理器,实现正弦信号的输出与串口通讯。从而将AFM扫描探针的驱动信号由传统的三角波变为正弦波以提高其扫描速度。     

高精度微拉伸台数据处理方法研究

针对现有微拉伸台系统误差较大的问题,作者研究了提高微拉伸台测量精度的数据处理方法.设计了高速、高精度数据采集系统,对比了线性拟合、多项式拟合、分段拟合和逐点比较数据处理方法,分析了各种数据处理方法在消除系统误差中的优缺点.数据处理方法采用VC++语言编程实现,可以在线矫正系统误差.实验结果表明,灵活运用上述处理方法可以有效地提高微拉伸台测量精度.