基于新型音叉探針的動(dòng)態(tài)原子力顯微測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā).pdf

1、隨著微納制造技術(shù)飛速發(fā)展,對(duì)與之相關(guān)的微納檢測(cè)技術(shù)提出了更高要求,體現(xiàn)在測(cè)量范圍、測(cè)量精度和測(cè)量速度等方面。原子力顯微術(shù)(AFM)是微納檢測(cè)技術(shù)中的一項(xiàng)重要方法,可以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)器件的表面形貌檢測(cè),分辨力能達(dá)到納米級(jí)。測(cè)頭與大范圍高精度定位平臺(tái)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)測(cè)量范圍和納米級(jí)分辨力的動(dòng)態(tài)AFM是近年來(lái)AFM發(fā)展的一大熱點(diǎn)。
　　本文在充分調(diào)研動(dòng)態(tài)AFM研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,將自感應(yīng)音叉測(cè)頭與大范圍納米定位平臺(tái)(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(dòng)態(tài)AFM測(cè)量系統(tǒng)。論文主要完成的工作包含以下幾個(gè)方面:
　　1.從音叉探針的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)諧振頻率并討論了音叉探針工作頻率的選擇問(wèn)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(duì)音叉探針的影響。介紹了動(dòng)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(diǎn)。
　　2.開(kāi)發(fā)了小型自感應(yīng)音叉測(cè)頭。設(shè)計(jì)了信號(hào)處理電路,實(shí)現(xiàn)了音叉探針信號(hào)的放大

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