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1.  基于硅悬臂高阶谐振的动态原子力显微镜的快速扫描  
   黄强先  尤焕杰  袁丹  赵阳  胡小娟《光学精密工程》,2014年第22卷第3期
   利用原子力显微镜(AFM)硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出了基于硅悬臂高阶谐振特性构建动态AFM来实现快速扫描的方法,并研制了可工作于一阶模态和高阶模态的AFM。介绍了高阶谐振AFM系统的基本结构和工作原理,从理论上证明了利用硅悬臂梁高阶谐振特性实现快速扫描的可行性。以自制的AFM为研究对象,分析了影响动态AFM扫描速度的主要因素,对系统各模块的响应时间进行了分析、测试,并通过实验证明了AFM在二阶谐振模态下的稳定时间明显小于一阶谐振模态下的稳定时间。最后,分别用一阶、二阶谐振模态对光栅试样在同一区域的表面形貌进行了扫描测试,测试数据表明:在相同条件下,AFM的扫描速度在二阶谐振模态下约是一阶模态下的3.3倍。理论分析和实验结果证明了利用高阶谐振探针提高AFM扫描速度的可行性和有效性。    

2.  具有宽测量范围的扫描探针见微镜研究  
   张鸿海  曹伟  师汉民  陈日曜  李文菊  周学夫《工具技术》,1995年第1期
   介绍了具有宽测量范围(140×140μm2)的高灵敏度扫描探针显微镜(SPM)。仅用了6个需加工的零件,构造出了直接对130mm的磁盘、光盘表面纳诺形貌和集成电路芯片光刻质且检查分析的多模式测量仪器。通过更换测头,可以在扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、磁力显微镜(MPM)与静电力显微镜(EFM)模式下工作。本文给出了部份试验结果,如高定向石墨的原子图像、光栅和超精密磨削试件表面的纳米级形貌图。    

3.  间歇模原子力显微镜非线性振动的数值模  
   吴昆裕  邵继红《声学技术》,2000年第19卷第3期
   1 引言 原子力显微镜(简记为AFM)是利用其微悬臂梁的机械振动响应于力敏探针和实验样品表面之间的相互作用力来成像的,由于具有原子和分子级的分辨率,已成为表面成像及材料微结构研究的新工具,在科学技术的各种领域获得了广泛的应用[1-2].有几种不同模式的AFM相继被开发使用.    

4.  间歇模原子力显微镜非线性振动的数值模拟  被引次数:1
   吴昆裕 邵继红《声学技术》,2000年第19卷第3期
   1 引 言  原子力显微镜 (简记为 AFM)是利用其微悬臂梁的机械振动响应于力敏探针和实验样品表面之间的相互作用力来成像的 ,由于具有原子和分子级的分辨率 ,已成为表面成像及材料微结构研究的新工具 ,在科学技术的各种领域获得了广泛的应用 [1-2 ] 。有几种不同模式的 AFM相继被开发使用。在 AFM的接触模工作中 ,其力敏探针始终保持同样品表面相接触 ,力敏探针和样品之间的相互作用力被微悬臂梁位移产生的弹性力所平衡 ,这种接触模式有极高的分辨率 ,但力敏探针上存在横向力 ,对实验样品有较大的损伤 ;在 AFM的非接触模工作中 ,力…    

5.  复合型超精密表面形貌测量仪  被引次数:1
   王淑珍  谢铁邦  常素萍《光学精密工程》,2011年第19卷第4期
   研制了基于同一显微镜基体实现原子力探针扫描测量与非接触光学测量两种功能的复合型超精密表面形貌测量仪。分析了基于白光显微干涉原子力探针的测量方法、探针微悬臂变形量与白光干涉条纹移动量的关系以及探针微悬臂测量非线性误差的修正方法,和通过融合垂直扫描系统的位移量和悬臂梁变形量得到了原子力探针的工作方式。研制了三维精密位移系统和基于白光显微干涉的原子力探针测头。采用原子力探针扫描测量对NT-MDT公司生产的扫描探针校准光栅TGZ2_PTB进行了重复性实验,实验显示标准差为0.96nm,相对重复性误差为3.08%。给出了原子力探针扫描测量、相移干涉测量及白光干涉垂直扫描测量的测量实例。实验结果表明,所研制的超精密表面形貌测量仪可用于超精密加工工程表面、光学表面以及微纳几何结构的测量。    

6.  原子力声显微镜成像及分析  
   陈宇航  郑成  杨春来  黄文浩《纳米技术与精密工程》,2012年第5期
   超声检测技术与原子力显微技术相结合,构成原子力声显微镜(AFAM),能够实现样品内部纳米结构的测量,并分析如局域弹性模量、刚度等力学性能.本文在传统的原子力显微镜(AFM)的基础上初步构建了AFAM,利用AFM轻敲模式下的微悬臂梁振动激励信号来驱动样品背面的压电超声换能器,并利用轻敲模式控制系统中的锁相环检测经过样品后由探针收集的振动信号,形成振幅及相位图像.这种AFAM方法不需外接信号发生器、锁相放大器及相关控制电路,从而避免AFM内、外部的仪器及控制电路的不同步而引起的AFAM振幅/相位与形貌图像间的偏移.此外,还分析了形貌结构对AFAM振幅图像的影响,为进一步研究AFAM亚表面成像奠定了基础.    

7.  多模态动态原子力显微镜系统  
   黄强先  张蕤  刘凯  赵阳  张连生《光学精密工程》,2017年第25卷第2期
   动态原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是通过检测悬臂谐振状态的变化来对物体表面形貌进行测量的。通过对谐振状态的三种因素即振幅、相位、频率的检测,动态AFM可以分为三种工作模式,即振幅反馈、相位反馈与频率反馈模式,这三种反馈模式有着不同的扫描特点。基于硅悬臂具有高阶谐振的特性,动态原子力显微镜可以在悬臂工作于高阶谐振状态时对物体进行扫描。综合上述工作模式研制了一套多模态动态AFM,可以在三种反馈模式、不同阶谐振状态下对物体进行扫描测量。利用该系统在不同反馈模式、不同阶谐振状态下进行了扫描测试,结果显示,系统在各模式下具有亚纳米分辨力,其中在相位反馈模式,悬臂二阶谐振时可达到最优灵敏度与分辨力,分别为17.5V/μm和0.29nm,在最优灵敏度与分辨力状态下对光栅试样进行了三维扫描,得到光栅的三维形貌图。    

8.  用于减小控制对测量影响的AFM新工作模式  被引次数:3
   王岳宇  赵学增  褚巍《纳米技术与精密工程》,2008年第6卷第6期
   原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是纳米尺度线宽成像和测量的重要工具.但系统的非线性和控制器参数选择的多样性导致AFM控制的不确定性,影响了AFM测量结果的精确性和重复性.为克服这个缺点,分析了AFM的测量原理和工作模式的特点,在此基础上提出了一种新的工作模式——补偿模式.在这种工作模式中,结合了扫描器和悬臂梁的位置信息而得到被测试样表面的形貌图像.与恒力接触模式相比,在补偿模式下,AFM能够在高速度下以更好的精确性和重复性进行成像和测量.仿真和实验结果证明了这种新工作模式的可行性和适用性.实验结果说明该工作模式可以提高扫描速度16倍或减小均方根误差到约1/5.    

9.  基于聚偏氟乙烯的扫描探针显微镜系统  
   魏晋鹏  黄强先  张昔峰  盛秀丽《中国机械工程》,2012年第23期
   采用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜和压电陶瓷(PZT),并结合由电化学研磨得到的钨探针,研制了一种具有对称结构的新型轻敲模式扫描测头。在该测头中,PVDF压电薄膜作为振动梁,其下方中间位置固定有钨探针,在PZT的驱动下,PVDF和探针处于谐振振动状态,同时,PVDF作为微力传感器检测探针顶端原子与试样表面原子间的作用力。所构建测头结合三维纳米定位台、控制程序等构成了新型扫描探针显微镜系统。介绍了测头的构成、工作原理、特性以及SPM系统的整体结构、测量原理、三维工作台的定位控制、信号处理过程和整系统特性测试,并以一维标准光栅为试样进行三维图像扫描,证明了该新型扫描探针显微镜系统的可行性和有效性。    

10.  微悬臂梁的平衡和稳定性研究  
   唐倩  朱才朝  成功《机械设计与研究》,2006年第22卷第1期
   对原子力显微镜(AFM)在接触和非接触工作模式下的平衡状态和稳定性进行了研究,分析研究了微悬臂梁的长度以及探针与被测样品表面之间的距离对平衡位置的影响,获得了平衡位置与悬臂梁的长度以及与被测表面之间的规律,该结论为微悬臂的设计和改进提供了理论指导。    

11.  一维矩形光栅AFM图像盲探针表面重建模拟研究  
   胡明霞  马艳《光学仪器》,2018年第40卷第3期
   探针结构参数的合理选取将直接决定扫描图像及其盲探针修正图像的失真程度。基于此,以一维矩形模拟光栅为典型案例,对该模拟光栅的原子力显微镜(AFM)扫描成像过程与盲探针修正过程进行了仿真,阐明了探针结构参数对扫描成像过程与盲探针修正过程的影响规律。通过建立线宽变化度与半高宽相结合的图像重建误差评价指标,确定了针对该模拟光栅的AFM探针建议结构参数,并取得了良好的光栅图像重建效果。研究表明,应用线宽变化度结合半高宽来综合评价光栅的AFM测量和图像重建过程,有利于提升实际光栅AFM图像盲探针重建的准确度。    

12.  基于原子力显微镜动力学模型的新型接触式扫描成像策略  
   刘存桓  方勇纯  樊志  王超  武毅男《控制理论与应用》,2019年第36卷第11期
   面向高速高精度原子力显微镜的扫描成像策略是当今微纳米控制领域的热点问题。本文设计了一种新型的原子力显微镜接触式扫描算法,该算法充分挖掘了AFM压电陶瓷运动平台和微悬臂的动力学特性,通过对微悬臂偏转角进行跟踪控制以达到AFM高速高精度成像的目的。在动力学建模方面,本文提出了一种新颖的基于AFM压电陶瓷运动平台动态方程及微悬臂动态特性的复合动力学模型,该模型所构建的动力学系统可以通过压电陶瓷的输入电压对微悬臂偏转角进行精确控制。在此基础上,本文设计了一种新型的图像融合算法,利用AFM正反向扫描得到的两幅图像进行融合匹配,能够较好地消除AFM控制周期暂态特性所带来的图像畸变,提高AFM扫描成像准确度。本文所提出扫描成像策略的有效性在AFM实验平台上进行了验证,实验结果表明此成像策略能够在较高扫描频率下得到较为理想的成像效果。最后通过对比实验将这种方法与传统接触式扫描算法的成像效果进行了比较,结果表明对比传统方法本文所提出的AFM成像策略可以更好地保证成像速度和精确度。    

13.  激光原子力显微镜及其对光学材料表面的观察  
   钱建强 高崧《电子显微学报》,1993年第12卷第2期
   自1985年Binnig等人发明第一台原子力显微镜以来(简称AFM),AFM得到了迅速发展。它利用力敏感元件微悬臂的尖端作为探针,当针尖与样品非常接近时,它们之间的原子斥力使微悬臂发生偏转,用电学或光学的方法将这一偏转探测出来,送入一反馈装置,该反馈装置调节样品的高度,以使微悬臂偏转程度不变,当样品对微悬臂扫描时,便可得到样品表面图像。    

14.  原子力显微镜探针原位有效参数对线宽测量的修正  被引次数:1
   朱明智  蒋庄德  景蔚萱《计量学报》,2005年第26卷第3期
   针对原子力显微镜(AFM)的线宽和轮廓的精确测量,对AFM探针的原位有效参数进行了定义和表征,提出使用AFM探针的原位有效参数对AFM的线宽测量结果进行修正的模型。采用有效半径和半内角表征AFM探针的复合形状,悬臂轴倾角表征探针的安装状态,设计了具有不同梯形截面的两个表征样板,通过对表征样板进行AFM和扫描电子显微镜(SEM)的比对测量获得了探针的原位有效参数。提出了在线宽测量中,当AFM的扫描轮廓线具有不同的斜度时分别采用的不同的修正公式。采用此公式和探针的原位参数对掩膜板的AFM线宽测量结果进行了修正。    

15.  AFM扫描过程的模拟及针尖形状反求  
   施玉书  连笑怡  王艺瑄  黄鹭  董明利  胡晓东  高思田《计量学报》,2019年第2期
   纳米栅格和台阶等结构的线宽准确测量,是国内外计量领域的研究热点与难点。采用原子力显微镜(AFM)能获得上述结构的三维形貌信息,但其扫描图像却是探针针尖的形貌和被测样品表面的形貌共同作用的结果,这种作用往往导致线宽边缘测量失真。为了更加精确地获得样品的表面形貌特征,首先需要重建探针针尖形貌,进而从得到的扫描图像中尽可能地消除由探针形貌带来的失真影响。基于数学形态学的盲重建理论,利用Matlab对不同形状参数的探针针尖扫描台阶样品表面进行了仿真,评价了探针形状对扫描结果的影响,初步实现了基于真实粗糙测量表面的探针针尖形状重建。    

16.  基于微探针加工技术的分子自组装过程实验研究  
   谢磊  闫永达  曹永智  孙涛  董申  DONG Shen《机械工程师》,2009年第8期
   运用原子力显微镜纳米加工系统,在工件表面加工出了多种复杂微结构。并以此为基底,研究了基底形貌对嵌段共聚物自组装纳米微结构的调控作用。将自上而下的基于AFM微探针的纳米机械技术与自下而上的分子自组装技术相结合,实现了对有序纳米微结构的调控。    

17.  AFM定位系统动态误差补偿方法研究  
   刘坤  谢平  刘志杰《纳米科技》,2010年第4期
   原子力显微镜(AFM)是进行纳米测量和操作的重要工具。针对力测量过程中AFM定位系统的测量速度慢和窄带等问题,基于逆系统的迭代学习控制思想,设计一个前馈控制环节,补偿AFM定位系统中z轴方向上动态特性非线性影响。通过在一定带宽内对期望输入信号进行轨迹跟踪,使激励力(通过悬臂梁)无失真地施加在样本上,达到AFM准确测量的目的。该方法不仅拓宽了系统频带,而且提高了系统输出对期望输入的跟踪精度。    

18.  AFM/STM系统中微悬臂的设计和研制  
   李创社  李实  宋建平《真空电子技术》,1999年第2期
   扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)由于具有原子量级的分辨率,所以在表面物理、化学、生物等领域得到了越来越广泛的应用。我们研制了一个AFM/STM系统,它利用隧道电流检测微悬臂的位移,既可用作AFM,又可作为STM。本文介绍了这个系统的微悬臂的设计和研制。实验表明,这种微悬臂使系统可以达到纳米量级的分辨率。    

19.  AFM压电微悬臂振动影响测量图像的研究  
   肖增文  赵学增《压电与声光》,2006年第28卷第1期
   在轻敲工作模式下,原子力显微镜(AFM)压电微悬臂以较大的振幅振动。以纳米管针尖为例建立了压电微悬臂振动的数学模型并描述了纳米管尖端的振动轨迹,从纳米管尖端的振动轨迹和仿真图形的关系,指出压电微悬臂振动影响测量精度的有关参数及减小由振动产生膨胀变形的方法。根据数学图形学膨胀理论仿真出纳米管尖端振动轨迹对标准线宽模型的影响,AFM测量线宽的试验验证了上述结果。    

20.  AFM扫描图像重构算法的改进  
   袁帅  董再励  缪磊  席宁  王越超《纳米技术与精密工程》,2009年第7卷第3期
   针对原子力显微镜(AFM)纳米成像中存在的失真问题,研究了通过探针建模实现AFM扫描图像重构方法.目前探针盲建模算法在重构AFM图像时存在较大误差,因此提出基于探针模型预估计的AFM扫描图像重构方法.该方法采用分区探针针尖建模,并通过基于该探针模型的反卷积运算实现AFM扫描图像重构,获得比较接近真实形貌的AFM扫描图像.文中介绍了算法的具体步骤,通过仿真和实验结果证明,该方法能够有效降低AFM图像重构时引入的误差,得到的图像更能反映样品表面真实的形貌.    

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