[发明专利]操作扫描探针显微镜的方法和装置

权利要求书

1.一种操作扫描探针显微镜（SPM）的方法，包括：

产生探针与样品之间的周期性相对运动；

检测探针的运动；

从所检测的探针运动恢复尖端与样品之间的基本上瞬时的力；

自动控制所述产生步骤以维持反馈设定点；并且

其中所述自动控制步骤包括自动控制对应的反馈环路中的增益。

2.如权利要求1所述的方法，还包括自动控制Z限制。

3.如权利要求1所述的方法，还包括提供探针与样品之间的相对扫描运动，并且自动控制与所述提供步骤相关联的扫描速率。

4.如权利要求1所述的方法，其中反馈设定点是预先设置的瞬时力，所述方法进一步包括自动优化所述预先设置的瞬时力。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述产生步骤包括提供探针与样品之间的相对振荡运动，并且其中在完成一个周期的振荡运动之前标识瞬时力。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述瞬时力是斥力。

7.如权利要求1所述的方法，其中与所述瞬时力相对应的最小可控力小于大约1nN。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述最小可控力小于大约10pN。

9.如权利要求7所述的方法，其中所检测的探针运动被同步平均，以减少最小可控力。

10.一种操作AFM的方法，所述方法包括：

导致探针与样品间歇地相互作用；以及

在探针的振荡的每个调整周期中维持探针与样品之间的基本上相等的峰值相互作用力。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述维持步骤包括在相对于所述导致步骤的周期的开始固定的同步距离处检测相互作用力。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：使用反馈控制电路以使用同步检测的力来控制所述导致步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述同步检测的力的范围为大约5pN到1mN。

14.如权利要求10所述的方法，其中探针与样品之间的控制的距离大于大约100nm。

15.一种操作AFM的方法，所述方法包括：

导致探针与样品间歇地相互作用；

提供探针与样品之间的扫描移动；

在所述提供步骤期间使用反馈来维持探针与样品之间的设定点力；以及

基于噪声背景信号自动确定设定点。

16.如权利要求15所述的方法，还包括：基于与不稳定的开始相关联的振荡幅度来自动确定反馈增益。

17.如权利要求15所述的方法，还包括：检测探针的运动，以便检测相对于所述导致步骤的周期开始固定的同步距离处的相互作用力。

18.如权利要求15所述的方法，还包括：使用反馈以使用同步检测的力来控制探针与样品之间的分离。

19.一种操作扫描探针显微镜（SPM）的方法，包括：

生成探针与样品之间的周期性相对运动；

使探针与样品相互作用；

基于所述相互作用步骤检测探针运动；

从所检测的探针运动恢复探针与样品之间的基本上瞬时的力；

控制探针与样品之间的平均位置，以使用反馈环路维持探针与样品之间的预先设置的瞬时力；以及

自动优化SPM的反馈增益、设定点、以及扫描速率中的至少一个。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述恢复步骤包括恢复基本上与寄生探针偏斜无关的探针-样品间相互作用。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述寄生探针偏斜是由与SPM的操作相关联的流体动力背景导致的。