提出了一种在计量型原子力显微镜（AFM）上开发力曲线功能模块的方法.通过在计量型原子力显微镜上增加可调三角波发生器、信号切换和缓冲电压保护电路,对计量型原子力显微镜的内部驱动信号和外加驱动信号进行了平滑切换,避免了原子力显微镜压电陶瓷驱动器的剧烈变化,实现了计量型原子力显微镜的力曲线功能.采用开发的力曲线模块绘制了计量型原子力显微镜的力曲线图形,基于力曲线功能测量了纳米梁谐振器的离面振动特性,并与显微激光多普勒测振仪的测振结果进行了比对,实验结果表明本文提出的方法和建立的系统是正确的.

中国计量科学研究院与德国联邦物理技术研究院、德国伊尔门脑技术大学和耶那蔡司厂合作,于1997年研制成功计量型原子力显微镜.限于当时的技术水平,它还存在有不可忽略的阿贝误差,特别是在x与y方向的阿贝误差可达2～3 nm.所以,在其测量空间范围内,两点间的测量不确定度为:U=5 nm+2×10-4L(L为两点间的距离).本文报导1999年以来在原基础上所作的改进,消除了3个坐标方向上的阿贝误差,将测量不确定度提高到:U=2 nm+1×10-4L.

利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了大范围的计量型AFM,测量范围可以达到25mm× 25 mn×5mm,分辨力为0.1 nm.纳米测量机扩展了普通AFM测头的测量范围,减小了压电扫描器固有特性的影响.运动全范围内的自适应误差补偿通过5个自由度的闭环操作得以实现.系统的高精度是通过3个微型激光干涉仪的零阿贝误差设置,一个表面传感AFM测头以及两个角度传感器实现.系统具有4种工作模式,其中第4种为最佳工作模式.实验结果表明系统具有高精度和大范围的特点.