計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量手段，本文圍繞原子力顯微鏡的計量化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，包括計量型原子力顯微鏡的建立、主要誤差來源分析、計量型原子力顯微鏡的校準(zhǔn)以及納米標(biāo)準(zhǔn)樣板的制造和測量分析。主要研究內(nèi)容如下： ⑴對原子力顯微鏡的測量模式、微懸臂位置檢測方式、掃描器和計量系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，指出了計量型原子力顯微鏡需要。 ⑵研制了計量型原子力顯微鏡。對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、和實驗測試。實現(xiàn)了無阿貝誤差的三維激光干涉測量系統(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)的實時狀況采用不同的掃描速度，可大大降低對z向位移的頻率響應(yīng)的要求，且又能保證較高的測量速度。 ⑶分析了環(huán)境因素中溫度、濕度、振動對原子力顯微鏡測量的影響，特別指出了在納米測量中，溫度導(dǎo)致的尺寸變化主要體現(xiàn)在儀器上而不是被測樣品上。對針尖幾何形狀導(dǎo)致的測量誤差進(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)的計算公式。 ⑷對位置誤差的校準(zhǔn)與補償進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究，建立了掃描器的運動模型，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。提出并實現(xiàn)了微懸臂的校準(zhǔn)方法，保證了從計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。 ⑸研制了臺階高度和線寬兩種納米幾何結(jié)構(gòu)樣板，與德國物理技術(shù)研究院（PTB）、中國科學(xué)院微電子中心和無錫華