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锁相放大器在非接触式原子力显微镜(NC-AFM)应用

锁相放大器在非接触式原子力显微镜(NC-AFM)应用

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应用说明

非接触原子力显微镜(NC-AFM),也称为动态力显微镜(DFM),是一种AFM模式,历来在现实空间中达到了的显微镜分辨率,甚至亚原子级。从仪器的角度来看,在实现高性能时需要考虑以下三个方面:

共振时陡的相位斜率与灵敏度直接相关。
NC-AFM操作高Q谐振器,例如石英或基于MEMS的传感器,或者在xian制固有损耗的真空环境中。


Q值意味着谐振器的固有带宽小,与f / 2Q成正比,并且为了实现合理的像素停留时间,优化的锁相环(PLL)将在速度和分辨率之间提供折衷。这与分接模式或AM-AFM技术相反,在分接模式或AM-AFM技术中,相位可以变化,并且需要更长的时间来稳定振幅。

线性化系统可以进行定量测量。
除相位外,还可以同时跟gen踪幅度,从而提供有关耗散过程的更多信息。仔细gen踪谐振可确保在峰值处执行幅度测量,从而为定量分析提供响应和恒定的增益放大。

 

测量方法

让我们看一下AFM头作为机械放大器。jian端的振荡运动使小的jian端样品相互作用与坚固稳定的谐振器一起回旋,从而对力梯度并去除了静态影响,从而提高了灵敏度。通过锁定技术测量该振荡运动的振幅和相位,并将其馈入2个不同的PID回路中。NC-AFM操作意味着锁相环和自动增益(AGC)通过作用于驱动频率和激励电压共同作用,从而产生机械谐振器的驱动信号。光机电谐振器或微/纳机电系统(MEMS / NEMS)也可以使用相同的原理。

PLLAGC的目的是将驱动信号同相锁定,同时将幅度保持在其峰值谐振值。Zurich Instruments PLL / PID选项提供了简单的步骤来优化一个或多个反馈环路,并利用仿真工具确定给定目标环路带宽的PID值。然后,为操作员提供一个可调整的参数,该参数可根据实验进行设置,通常比用于成像的Z反馈要快。LabOne用户界面中提供的此PID顾问程序依靠定量DUT传递函数模型(用户手册中免费提供)来提高透明度。

扫描时,可以将内部可用的信号(例如相位,幅度,频率和激励电压)输出到模拟BNC或使用LabOne GUIAPI进行简单的数字记录。如果将某些行尾触发(EOL)或快速扫描轴作为触发信号馈送到仪器,则可以对齐此数据以制作图像。这样,即使在多个本征模或谐波上,也可以一次获取多个图像。

这样的NC-AFM实现是定量的,因为相位被锁定在90°,因此来自相位测量的输出频率偏移和来自振幅测量的驱动激励是正交的。这意味着保守(同相)和耗散(正交)相互作用可以明确分开。另外,这产生了耗散开尔文探针模式,其中相互作用的静电贡献可以投射到耗散轴上,因此与机械模式和地形分离。

 

瑞士Zurich Instruments 锁相放大器优势

使用PID / PLL Advisor快速在分辨率和速度之间找到平衡:定量。

通过LabOne数据采集(DAQ)模块,通过将采集与扫描引擎同步,以数字方式保存所有内部信号。

许多新模式,可以将多频率和直接边带检测添加到设置功能中。

苏黎世仪器公司的锁相放大器产品可与第三方显微镜配合使用:通过简单的附件即可提高您的显微镜的性能。

苏黎世仪器公司的PLL / PID可以通过我们的数据服务器API与第三方软件集成。

 

 

参考资料

瑞士Zurich Instruments 官网资料整理