基于新型音叉探針的動態(tài)原子力顯微測量系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、隨著微納制造技術(shù)飛速發(fā)展,對與之相關(guān)的微納檢測技術(shù)提出了更高要求,體現(xiàn)在測量范圍、測量精度和測量速度等方面。原子力顯微術(shù)(AFM)是微納檢測技術(shù)中的一項重要方法,可以實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)器件的表面形貌檢測,分辨力能達(dá)到納米級。測頭與大范圍高精度定位平臺相結(jié)合實現(xiàn)毫米級測量范圍和納米級分辨力的動態(tài)AFM是近年來AFM發(fā)展的一大熱點。
　　本文在充分調(diào)研動態(tài)AFM研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,將自感應(yīng)音叉測頭與大范圍納米定位平臺(NMM)相結(jié)合,

2、構(gòu)建了一套可以在多種工作模式下使用的動態(tài)AFM測量系統(tǒng)。論文主要完成的工作包含以下幾個方面:
　　1.從音叉探針的結(jié)構(gòu)特點入手解釋其工作原理。建立音叉探針的力學(xué)模型,得到了探針的兩個諧振頻率并討論了音叉探針工作頻率的選擇問題。構(gòu)建音叉探針的電學(xué)模型,分析了內(nèi)部寄生電容對音叉探針的影響。介紹了動態(tài)AFM三種工作模式的原理并討論了不同工作模式的特點。
　　2.開發(fā)了小型自感應(yīng)音叉測頭。設(shè)計了信號處理電路,實現(xiàn)了音叉探針信號的放大

3、濾波和寄生電容的補償。將小型自感應(yīng)音叉測頭與NMM結(jié)合,搭建了一套大范圍的AFM測量系統(tǒng),并且保證了測量結(jié)果的溯源性。設(shè)計了以DSP為核心的數(shù)字 PI反饋控制系統(tǒng),制作了一臺反饋信號控制器。測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種測量模式,各種測量模式之間可以通過控制器上的模式切換開關(guān)實現(xiàn)快速切換而不需要改變線路的連接情況。
　　3.通過提取音叉探針內(nèi)部納安級微弱電流的實驗得到了激勵電壓與音叉探針電流的關(guān)系。利用顯微激光多普勒測振法測量音叉探針的機械