Введение
1. Обзор методов сканирующей зондовой микроскопии, основных конструктивных элементов и методов управления перемещением в сканирующей зондовой микроскопии 14
1.1. Методы сканирующей зондовой микроскопии 14
1.2. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) 16
1.3. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) 17
1.4. Пьезокерамический сканер СЗМ 20
1.5. СЗМ методы измерения механических характеристик одномерных и двумерных нанообъектов 23
1.6. Проблемы сканирующей зондовой микроскопии. Постановка задачи. 24
1.7. Методов автоматического регулирования перемещения в СЗМ 25
1.8. Обзор алгоритмов, используемых в следящих системах 1.8.1. П-, ПИ-, ПД- и ПИД-регуляторы 26
1.8.2. Частотные фильтры 29
1.8.3. Синхронное детектирование 30
1.9. Оценка качества свойств САР по переходной характеристике 32
1.10. Реализации алгоритмов обработки сигналов в системах автоматического регулирования в СЗМ 33
1.11. Структура цифровых устройств обработки сигналов 33
1.12. Датчики перемещения в задачах СЗМ и исследование физических принципов действия современных датчиков малых перемещений
1.12.1. Емкостные датчики перемещения 40
1.12.2. Оптические датчики перемещения 41
1.12.3. Индуктивные датчики перемещения 44
1.12.4. Вихретоковые датчики перемещения 45
1.12.5. Ультразвуковые датчики перемещения 47
1.12.6. Магниторезистивные датчики перемещения 48
1.12.7. Датчики на основе эффекта Холла
1.12.8. Магнитострикционные датчики перемещения 49
1.12.9. Потенциометрические датчики перемещения 50
1.12.10. Выбор физического принципа датчика в задачах СЗМ 51
1.13. Методы измерения емкости датчика перемещения 51
1.13.1. Метод амперметра и вольтметра 51
1.13.2. Резонансный метод 53
1.13.3. Измерение времени разряда или заряда конденсатора 54
1.14. Выводы 58
2. Составление физико-математической модели 60
2.1. Предпосылки 60
2.1.1. Одномерные уравнения движения зонда и образца вдоль координаты z 60
2.1.2. Влияние емкости конденсатора системы зонд-образец на процесс сканирования 64
2.1.3. Использованное программное обеспечение для моделирования
2.2. Физико-математическая модель СЗМ в туннельном режиме 69
2.3. Физико-математическая модель СЗМ в атомно-силовом режиме 71
2.4. Результаты синтеза ПИД регулятора для режимов
2.4.1. Туннельный режим СЗМ 73
2.4.2. Атомно-силовой режим СЗМ 75
2.5. Выводы 78
3. Постобработка изображений, полученных СЗМ методиками, решение обратных задач 80
3.1. Анализ факторов, вносящих искажения при проведении исследования топографии поверхности при использовании СЗМ методов 81
3.2. Решения прямых и обратных задач аппаратной функции сканера 86
3.3. Восстановление СЗМ-изображений, искаженных аппаратной функцией использованием нейронных сетей 93
3.4. Выводы 97
4. Эксперимент. Исследование компенсации ошибок, вносимых пьезокерамическим сканером СЗМ
4.1. Структурная схема системы 100
4.2. Описание отдельных элементов, входящих в структурную схему
4.2.1. Устройство емкостного датчика перемещения 100
4.2.2. Схема измерения емкости датчика 104
4.3. Тестирование и калибровка измерительной системы емкости 106
4.4.Тестирование системы измерения перемещения, экспериментальные данные
4.5. Восстановление изображения 113
4.6. Выводы 115
Заключение 116
Выводы 118
Литература
