計(jì)量型原子力顯微鏡的研究.pdf

1、原子力顯微鏡是納米科技的重要測(cè)量手段，本文圍繞原子力顯微鏡的計(jì)量化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，包括計(jì)量型原子力顯微鏡的建立、主要誤差來(lái)源分析、計(jì)量型原子力顯微鏡的校準(zhǔn)以及納米標(biāo)準(zhǔn)樣板的制造和測(cè)量分析。主要研究?jī)?nèi)容如下： ⑴對(duì)原子力顯微鏡的測(cè)量模式、微懸臂位置檢測(cè)方式、掃描器和計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，指出了計(jì)量型原子力顯微鏡需要。 ⑵研制了計(jì)量型原子力顯微鏡。對(duì)共焦傳感器微懸臂位置系統(tǒng)、三維柔性鉸鏈位移系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析

2、和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)現(xiàn)了無(wú)阿貝誤差的三維激光干涉測(cè)量系統(tǒng)。采用分布控制方式的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的測(cè)量速度。提出了一種新的x向掃描方式-x方向自適應(yīng)變速掃描方式，根據(jù)表面結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)狀況采用不同的掃描速度，可大大降低對(duì)z向位移的頻率響應(yīng)的要求，且又能保證較高的測(cè)量速度。 ⑶分析了環(huán)境因素中溫度、濕度、振動(dòng)對(duì)原子力顯微鏡測(cè)量的影響，特別指出了在納米測(cè)量中，溫度導(dǎo)致的尺寸變化主要體現(xiàn)在儀器上而不是被測(cè)樣品上。對(duì)針尖幾何形狀導(dǎo)致的測(cè)量誤差進(jìn)行

3、了分析研究，闡述了幾種表面重建方法，給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。 ⑷對(duì)位置誤差的校準(zhǔn)與補(bǔ)償進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究，建立了掃描器的運(yùn)動(dòng)模型，首次提出了全空間校準(zhǔn)的概念，并采用了單軸校準(zhǔn)和全空間校準(zhǔn)組合式的方案，完善了原子力顯微鏡的校準(zhǔn)方法。提出并實(shí)現(xiàn)了微懸臂的校準(zhǔn)方法，保證了從計(jì)量型原子力顯微鏡得到所有數(shù)據(jù)均可溯源到激光波長(zhǎng)。 ⑸研制了臺(tái)階高度和線寬兩種納米幾何結(jié)構(gòu)樣板，與德國(guó)物理技術(shù)研究院（PTB）、中國(guó)科學(xué)院微電子中心和無(wú)錫華