基于多重掃描器的原子力顯微鏡系統(tǒng)研制.pdf

1、近年來，微納米技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到飛速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步起到了至關(guān)重要的作用。掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)等超高分辨率儀器的運(yùn)用越來越廣泛，其在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等多方面都起到了十分重要的作用，已經(jīng)成為微納米領(lǐng)域里不可缺少的重要檢測(cè)工具。其中AFM因其不受被測(cè)樣品導(dǎo)電性能的限制以及優(yōu)越的性能而被廣泛應(yīng)用于微納米領(lǐng)域。
　　目前，世界上現(xiàn)有的AFM，其探頭大多數(shù)都使用單一的掃描器，只能實(shí)現(xiàn)一種掃描方式，并且無法實(shí)

2、現(xiàn)可移動(dòng)選區(qū)域掃描，在技術(shù)指標(biāo)和性能上都存在一定的局限性。為此，本文提出了一種基于多重掃描器的AFM掃描控制新方法，并在此基礎(chǔ)上研制出了一套基于多重掃描器的AFM系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)小范圍、大范圍以及可移動(dòng)選區(qū)等多種功能，可以滿足更廣泛的需求。
　　本文分別從原理方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面對(duì)該AFM系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，主要研究?jī)?nèi)容及取得的成果如下:
　　提出和發(fā)展了一種基于多重掃描器的AFM的新方法。充分結(jié)合管狀壓

3、電陶瓷(PZT)和疊層式壓電陶瓷(PZT)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新型的AFM探頭，自行設(shè)計(jì)和優(yōu)化了掃描及反饋控制電路系統(tǒng)，編寫了基于多重掃描器的AFM新軟件，在此基礎(chǔ)上研制出基于多重掃描器的AFM系統(tǒng)，得到了理想的研究結(jié)果。
　　研究設(shè)計(jì)了新型的AFM探頭，提出新型AFM的掃描控制新方法。該探頭由AFM微探式PZT組合的方式，可實(shí)現(xiàn)至少四種不同的掃描控制新方法。包括管式PZT掃描反饋方式、疊層式PZT掃描反饋方式、疊層式PZT掃描與管狀P

4、ZT反饋方式以及可移動(dòng)選區(qū)掃描方式。該方法充分結(jié)合了疊層式PZT位移量大和管式PZT精度高響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，通過采用不同的掃描方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)小樣品的小范圍高精度掃描成像，還可以在保持納米級(jí)掃描精度的同時(shí)，對(duì)樣品進(jìn)行較大范圍的掃描檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)幾微米至幾十微米級(jí)的單幅圖像掃描范圍，克服了常規(guī)AFM單一掃描方式的局限性，為實(shí)現(xiàn)各種微納米樣品的高精度、大范圍、多掃描方式掃描成像提供了嶄新的途徑。
　　研究建立了基于多重掃描器的AFM系統(tǒng)，

5、并利用本系統(tǒng)對(duì)多種樣品進(jìn)行了AFM掃描實(shí)驗(yàn)研究。在研究設(shè)計(jì)了基于多重掃描器的AFM探頭、掃描控制及反饋控制電路、計(jì)算機(jī)硬件接口、多重掃描控制與成像軟件等的基礎(chǔ)上成功研制了基于多重掃描器的AFM系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)研究包括對(duì)輕小樣品的小范圍高精度掃描、大范圍小起伏結(jié)構(gòu)樣品的較高精度掃描以及大范圍大起伏結(jié)構(gòu)樣品的掃描，同時(shí)也開展了本系統(tǒng)的可移動(dòng)選區(qū)掃描實(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)的基于多重掃描器的AFM系統(tǒng)，運(yùn)行平穩(wěn)并且具有穩(wěn)定