采用顯微監(jiān)控的可選區(qū)原子力顯微鏡研究.pdf

1、微納米檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越成為現(xiàn)在世界科技發(fā)展的前沿之一，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起了非常巨大的推動(dòng)作用。而掃描隧道顯微鏡(STM)與原子力顯微鏡(AFM)等超高分辨率的儀器已經(jīng)成為納米領(lǐng)域里不可或缺的重要檢測(cè)工具，尤其是AFM，因?yàn)樗皇軜悠肥欠駥?dǎo)電的限制而廣泛被應(yīng)用于微電子學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)與精密機(jī)械及微納米技術(shù)等領(lǐng)域。
　　目前，世界上大多數(shù)傳統(tǒng)的AFM，都沒(méi)有顯微監(jiān)控單元。但是AFM的微懸臂（探針）尺寸非常小，

2、無(wú)法使用肉眼直接觀察;另外樣品被掃描的區(qū)域也十分微小，同樣需要在掃描前預(yù)先選定一個(gè)大致的掃描范圍。沒(méi)有顯微監(jiān)控單元，掃描時(shí)樣品表面狀況和探針逼近樣品的過(guò)程都不可見(jiàn)，在選擇掃描區(qū)域和控制探針樣品逼近過(guò)程時(shí)存在很大的盲目性。如果探針針尖正好在樣品表面的疵點(diǎn)上掃描，結(jié)果只能獲得錯(cuò)誤的表面信息;或者在探針—樣品盲目進(jìn)給過(guò)程中，很可能會(huì)折斷探針或者對(duì)樣品表面造成劃傷。因而它們?cè)谛阅芎图夹g(shù)指標(biāo)方面均存在局限性。為此，本文發(fā)展了一種新型采用顯微監(jiān)控的

3、可選區(qū)原子力顯微鏡新方法。并在此基礎(chǔ)上研制出了一套可選區(qū)AFM系統(tǒng)，包括顯微監(jiān)控單元和新型光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)系統(tǒng)以及步進(jìn)電機(jī)等部分。該系統(tǒng)采用顯微監(jiān)控單元和AFM掃描部分緊湊集成的方法，在保證最佳光杠桿放大比的基礎(chǔ)上，既可以實(shí)現(xiàn)樣品高精度微納米檢測(cè)，也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的特定區(qū)域選擇性掃描和樣品探針逼近過(guò)程的監(jiān)控。
　　本文分別從理論方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)等各個(gè)方面對(duì)此AFM系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，本文的主要工作及研究?jī)?nèi)容如下:

4、　　首次提出了一種可提供樣品高精度微納米檢測(cè)，也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品特定區(qū)域選擇性掃描和樣品探針逼近過(guò)程監(jiān)控的AFM新方法。該新方法緊密集成了顯微監(jiān)控系統(tǒng)和AFM，在保持納米量級(jí)掃描精度的基礎(chǔ)上，可選擇樣品的掃描區(qū)域和監(jiān)控探針—樣品逼近過(guò)程，克服了常規(guī)AFM的局限性，為實(shí)現(xiàn)掃描與監(jiān)控同步進(jìn)行提供了新途徑。
　　研究和發(fā)展了一種新型采用顯微監(jiān)控的可選區(qū)原子力顯微鏡系統(tǒng)。主要包括顯微監(jiān)控單元、新型光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)系統(tǒng)以及步進(jìn)掃描電機(jī)等部分。

5、該系統(tǒng)性能良好、運(yùn)行平穩(wěn)，既可以實(shí)現(xiàn)樣品高精度微納米檢測(cè)，也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品特定區(qū)域選擇掃描和探針—樣品逼近過(guò)程的監(jiān)控?？赏谖⒓{米加工制備、微納米操控及微納米檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
　　利用本系統(tǒng)對(duì)多種樣品進(jìn)行了AFM掃描和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)研究。包括樣品探針—逼近過(guò)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)、樣品選區(qū)掃描實(shí)驗(yàn)，也開(kāi)展了本系統(tǒng)的小范圍高精度掃描性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得到了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文研發(fā)的采用顯微監(jiān)控的可選區(qū)原子力顯微鏡系統(tǒng)，具有穩(wěn)定良好