原子力显微镜在纳米粗糙度测量中的应用

介绍了用于纳米量级表面粗糙度测量的原子力显微系统。着重讨论了实现这种测量的软件实现方法。实验结果表明 ,该系统可以测量任意横向或纵向截面的线粗糙度 ,同时还可以测量任一区域的面粗糙度 ,并且在 X、Y、Z三个方向上的表面粗糙度测量精度均已达到纳米量级 ,完全满足纳米尺度形貌研究要求     

超精表面粗糙度的原子力显微镜测量

介绍了表面粗糙度的形成及原子力显微镜的工作原理，实验结果表明，采用原子力显微镜测量超精加工表面粗糙度可使测量精度达到了纳米级，通过对表面粗糙度测量结果的分析，验证了方法的可靠性。     

使用原子力显微镜测量刻线边缘粗糙度的影响因素

为了满足微电子制造技术中不断提高的刻线边缘粗糙度测量与控制精度的要求,对使用原子力显微镜(AFM)测量刻线边缘粗糙度的影响因素进行了研究.基于图像处理技术从单晶硅刻线样本的AFM测量图像中提取出线边缘粗糙度,并确定出其量化表征的参数.然后,根据线边缘粗糙度测量与表征的特点,对各种影响因素,包括探针针尖尺寸与形状的非理想性、AFM扫描图像的噪声、扫描采样问隔、压电晶体驱动精度、悬臂梁振动以及线边缘检测算法中的自由参数等进行了理论和实验分析,并分别提出了抑制及修正的方法.研究表明,在分析各种可能导致测量误差的影响因素的基础上,消除或减小其影响,可以提高刻线边缘粗糙度测量的准确度,为实现纳米尺度刻线形貌测量的精度要求提供理论与方法上的支持.     

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验,运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上,应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。     

碳纳米管原子力显微镜针尖的制作研究

研究在光学显微镜下，运用两个独立的三维工作台分别控制针尖和碳纳米管的位置，将碳纳米管吸附在传统的原子力显微镜针尖上。首先将碳纳米管粘附在导电的胶带上，然后用涂胶的针尖与其接触将碳纳米管粘附到针尖上，最后运用电蚀的方法优化碳纳米管针尖的长度，以达到高分辨率的要求。运用制作的碳纳米管针尖对硅表面的深槽进行成像，获得了传统针尖无法得到的信息。     

基于AFM的纳米尺度线宽计量模型及其算法的研究

纳米尺度线宽的测量广泛应用于半导体制造、数据存储、微机电系统等领域。随着制造技术的进步,线宽的极限尺寸也变得越来越小,目前已经缩小至100 nm左右。在这一尺度范围内,由于样本制造技术的限制和测量仪器的影响,目前很难得到准确的测量结果。为了获得样本的真实几何尺寸信息,剔除测量方法和仪器本身对测量结果的影响,建立了一个基于AFM测量技术的线宽计量模型和相应算法。该模型将被测样本的截面轮廓用20个关键点分成5个部分共19段,用基于最小二乘的直线来拟合实际轮廓。应用该模型和算法可以分别得到单刻线轮廓拟合前后的顶部线宽b_T、b_(TF),中部线宽b_M、b_(MF),底部线宽b_B、b_(BF),左右边墙角A_L、A_R,以及高度h_。使用NanoScope Ⅲa型AFM对一个单晶硅(Si)线宽样本进行了测量,测量结果表明该模型和算法可以满足纳米尺度线宽计量的基本要求。     

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.     

原子力显微镜测量双光子成型点的弹性模量

提出了一种飞秒激光双光子成型点弹性模量的测量及结果分析方法.借助于原子力显微镜,选用无针尖探针对成型点的力学性能进行了测试,建立了椭球-平面接触的弹性力学模型.考虑了成型点剩余部分形变对结果分析的影响,在标定微探针弹性系数和对粘附力进行分析的基础上,提取了力曲线中所包含的力学信息,推算出了成型点的弹性模量,得到了成型点的弹性模量低于宏观材料弹性模量的结论.     

运用碳纳米管原子力显微镜针尖减小长程力作用的研究

减小探针和样品表面之间的长程宏观力是原子力显微镜获得高分辨率成像的关键。首先通过理论分析得出影响长程力的主要因素是探针的几何形状和尺寸。然后分别运用几何形状和尺寸不同的原子力显微镜的传统Si针尖和碳纳米管针尖对样品进行扫描试验研究,结果显示碳纳米管针尖较传统针尖获得了高分辨率的图像。这一结果表明,碳纳米管针尖减小了成像中宏观长程作用力的影响,是理想的原子力显微镜针尖。     

一种高效、简便原子力显微镜液体中原位实验方法

原子力显微镜从1986年发明以来,由于其在显微成像术中的独特优势,受到愈来愈多的来自各个学科领域研究人员的高度注视。目前所报道的有关原子力显微镜原位动态观察的方法在实际操作中需要较高的技巧性。本文介绍一种原子力显微镜的原位成像方法,能够做到在液体中高效、简便观察生物样品。     

用原子力显微镜扫描测量金刚石刀具刃口半径

介绍了应用原子力显微镜（ＡＦＭ）扫描测量超精密加工用金刚石刀具刃口半径的方法,给出了测量图象和测量结果。该方法可提高金刚石刀具刃口半径的测量精度,对进一步分析刃口参数对超精密加工表面质量的影响具有一定指导意义。     

基于原子力显微镜扫描的金刚石刀具纳米刃口轮廓测量方法研究

基于扫描探针理论,本文介绍了一种超精神加工金刚石刀具刃口锋锐轮廓的测量方法,给出了测量图象并分析了测量结果,首次对金刚石刀具刃口轮廓参数进行了ＡＦＭ扫描原理下的初步评定。这一方法可提高金刚石刀具刃口锋锐度的测量准确度,对进一步分析刃口参数如何影响超精密加工表面质量具有指导意义。     

TMX2000型原子力显微镜(AFM)力的标定

根据针尖的形状和各项参数进行了TMX2000型原子力显微镜载荷、粘附力、法向力、横向力及其摩擦力的标定。其标定结果为载荷Fl=0.073×(Ilm-Il0)/Sn×N·m-1,横向力Ft=0.156×It/Sn×N·m-1,摩擦力Ff=0.078×(It -It-)/Sn×N·m-1     

原子力显微镜在纳米摩擦学研究中的应用

本文在概述纳米摩擦学概念,原子力显微镜原理及发展的基础上,介绍了原子力显微镜在纳米摩擦学研究包括纳米摩擦、纳米磨损及边界润滑研究等方面的应用。     

用计量型AFM对一维纳米基准栅的标定及不确定度估计

利用轻敲模式的计量型AFM对公称栅距为240nm一维基准样板进行了标定,在充分分析AFM的结构和特性、测量过程、数据处理的基础上,得到了基准栅的平均栅距估计值和扩展不确定度。通过全面的不确定度分析,估计值的扩展不确定度达到了亚纳米量级。该不确定度分析表明,对于纳米量级测量,不确定度估计不仅需要全面掌握测量仪器、测量过程中各种测量不确定因素的影响,还需要考虑和估计常规测量过程中可以忽略的二次误差的影响。     

原子力显微镜传感器的微机械加工技术的研究

分析了现有的AFM力传感器的工艺特点及问题。在此基础上研究用KOH溶液两步法P+自停止腐蚀制作厚度精确可控的单晶硅悬臂梁;以SiO2为掩模,SF6刻蚀硅,用RIE与各向同性湿法化学腐蚀相结合使悬臂梁探针一次成形和用湿法腐蚀锐化探针,针尖半径约50nm.制定了适于批量生产的AFM力传感器加工工艺。     

原子力显微镜超微量注射检测的影响分析

微量注射与检测受到越来越广泛的关注和研究,例如细胞工程与基因工程中,采用显微注射其注射量对操作成功率影响巨大,注射量精确检测成为人们关注的课题。利用原子力显微镜具有纳米级高度分辨率的特点,设计悬臂装置对注射微滴重力产生的挠度进行检测,实现微滴量定量检测的目的。分析讨论影响微滴检测过程的扰动因素,其中采用悬挂机构有效抑制中高频扰动,观察注意到悬架式隔振系统水平方向的微小摆动对检测信号扰动不可忽视。研究中为抑制这种低频扰动对超微量注射检测的影响,设计液体阻尼器并采用增大水平阻尼与转动阻尼的方法使之得到有效地改善;进行皮升级注射量检测试验,结果表明所采用的基于原子力显微镜的超微量注射检测能够实现10～30 pL 微量注射检测。     

使用AFM测量纳米尺度刻线边缘粗糙度的影响因素的研究

随着半导体制造技术降至100nm以下技术节点,刻线边缘粗糙度的测量与控制已成为纳米测量中的研究热点之一。本文对使用原子力显微镜(AFM)测量半导体刻线边缘粗糙度的影响因素问题进行了研究。根据线边缘粗糙度测量与表征的特点对各种影响因素进行理论和实验分析,包括探针针尖尺寸与形状的非理想性、AFM扫描图像的噪声、扫描采样间隔、压电晶体驱动精度、悬臂梁振动以及线边缘检测算法中的自由参数等。在对这些影响因素进行分析的基础上分别提出抑制及修正方法,从而在一定程度上提高LER测量结果的准确度,为实现半导体制造业不断提高的刻线形貌测量的精度要求提供了可行性参考。     

A Novel Atomic Force Microscope with High Stability and Scan Speed

Abstract

A novel atomic force microscope (AFM) has been developed. Unlike conventional AFM systems, its cantilever and tip were set up in the X direction with respect to the sample. It can practically eliminate the crawling effect of the probe itself. Meanwhile, using a beam splitter, we devised a unique path optical beam deflection method for the measurement of the cantilever's displacement with its minimized structure and an optimal light‐amplifying ratio; the position of the sensitive detector (PSD) is just in front of the visual sight of operator. This makes observation and operation easier. Furthermore, the PSD attached to the translation stage can be adjusted and, thus, adapts the setpoint of imaging force to different samples. In this way, our new AFM provides high stability and scan speed. The highest scan rate is about 40 lines/s or 10s for a 400×400‐pixel, 3 µm×3 µm image.     

原子力显微镜在蛋白质研究中的应用

AFM对于蛋白质的研究是一个极好的工具,它可以进行表面成像、分析蛋白质的大小和体积、测量蛋白质空间结构,表征蛋白质的结构与功能、了解分子间的相互作用等等。本文主要从AFM样品制备及其在蛋白质研究中的应用等几个方面进行了系统地阐述。