本文提出和发展了一种多扫描方式的新型原子力显微镜 (AFM)技术及系统。该系统拥有三个不同的扫描器, 以相互组合的方式实现三种不同的扫描方式, 由管状压电陶瓷驱动的柔性结构扫描器, 采用样品扫描方式, 对于小尺寸样品能够提供高分辨率的快速扫描; 由叠层式压电陶瓷驱动的扫描器, 采用探针扫描方式, 提供各类样品的大范围扫描; 由步进电机驱动的扫描器, 采用样品扫描方式, 能够实现大尺寸样品的大范围扫描。三种方式的单幅图像扫描范围可分别达到 4 μm×4 μm、20 μm×20 μm、40 μm×40 μm。实验结果表明, 借助于上述多扫描方式及独特的结构设计, 该 AFM不仅具有分辨率高、扫描速度快、重复性好等优化性能, 而且能同时实现各类尺寸样品的各种扫描范围的微纳米成像, 具有更好的实用性, 可望在微纳米技术领域获得广泛应用。

提出了一种对大尺寸样品实现大范围、高分辨的原子力显微镜(AFM)扫描成像的新方法，并建立了相应的软硬件检测系统及装备。该方法设计了独特的AFM扫描成像探头。采用全新的光点跟踪探测光路实现了大范围高精度的纵向反馈控制和横向扫描成像，同时设计了开放式的样品台和微探针扫描结合步进电机移动的扫描方式，可对大尺寸(最大可达300 mm×300 mm)，大重量(0～20 kg)样品表面进行微纳米扫描检测。利用该型AFM系统对实际样品进行扫描，获得了大范围(1 μm×1 μm～20 μm×20 μm)高分辨(横向分辨率0.2 nm，纵向分辨率0.1 nm)的AFM图像。实验结果表明，该方法适用于大型超精密工件样品及任意形状的被测表面，克服了常规AFM仅适用于小样品的小范围检测的局限性，并且在实现大范围扫描检测的同时，保持了AFM的超高分辨率。