原子力显微镜探针原位有效参数对线宽测量的修正

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。     

AFM扫描过程的模拟及针尖形状反求

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。     

AFM线宽测量不确定度的分析与评定

详细分析了P47型原子力显微镜线宽测量不确定度的来源,给出了基于几何形状的线宽测量模型,提出了线宽测量不确定度的评定路线和方法。确定了探针针尖引起的测量不确定度是AFM线宽测量不确定度的主要来源,并对其进行了定量分析。普通Si3N4探针针尖引起的不确定度分量约占线宽总量的5%。     

顶部线宽中曲线匹配法测量线宽的研究

针对原子力显微镜(AFM)在测量线宽等具有陡直边墙的表面形貌时针尖轮廓对测量结果有很大影响的问题,在用AFM可以获取较准确的刻线单侧边墙和顶部线宽的情况下,依据数学形态学理论和图像配准技术,提出了从一面测量后旋转样品再从另一面测量,并基于刻线顶部线宽中曲线配准图像测量线宽的方法,仿真出了配准后的测量图像,给出了配准图像的线宽。     

AFM扫描图像重构算法的改进

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.     

基于新型探针的双频原子力显微系统开发

传统原子力显微镜(AFM)在接触模式下工作时具有接触力较大、易损伤样品的缺点.本文通过对新型自感应音叉探针施加双频激励,使得AFM工作在轻敲模式下,减小了接触力和扫描过程中的侧向力影响,实现了样品表面力学特性和亚表面结构的表征.然后利用基于DSP的PI反馈控制模块,完成了线扫描实验,证明该双频原子力显微测量系统具有较好的测量能力.     

压膜阻尼对原子力显微镜振动特性的影响研究

原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)在轻敲模式下工作时,随着探针针尖与样品距离的逐渐减小,空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响,分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验,并基于振动理论将该过程简化,得到了两种不同的振动模型的系统刚度。在考虑压膜阻尼作用影响后,将微球针尖振动系统模型进一步简化为一维振子模型,并对压膜阻尼的影响进行讨论。实验表明空气压膜阻尼模型对于探针样品在微尺度下的作用过程是准确合理的。该结果对原子力显微镜轻敲模式研究具有重要意义。     

基于扭转谐振模式3D-AFM的微结构侧壁形貌检测

针对半导体器件微结构侧壁关键尺寸检测需求,设计了一套三维原子力显微镜(3D-AFM)系统.该系统采用针尖末梢为喇叭口形的悬臂梁探针,以扭转谐振模式实现横向轻敲扫描.介绍了该3D-AFM系统的结构组成和工作原理,对系统的横向检测灵敏度进行了标定,获得了喇叭口针尖与样品侧壁横向接近过程中探针扭转振幅的变化曲线.利用该系统对栅格标样侧壁局部形貌进行了线扫描和面扫描,所得轮廓具有较好的重复性,且测量所得形貌特征与常规轻敲模式扫描结果一致,表明本文所述3D-AFM系统及工作模式能够用于微结构侧壁形貌的检测.     

一个基于直方图的纳米尺度线宽计算模型

用原子力显微镜 (AFM )来测量纳米线宽近几年发展迅速。针对AFM能对纳米线宽表面三维成像的特点 ,本文提出了一个直方图线宽计算模型 ,并通过实验数据同其他模型进行了比较。该线宽计算模型具有算法简单、抗干扰能力强的优点     

用SPM纳米刻蚀方法在Ti表面制备纳米结构的研究

本文用导电原子力显微镜 (AFM)针尖诱导局域氧化反应的方法 ,在Ti膜表面制备了TiO2 纳米结构。实验结果表明 ,Ti膜的氧化阈值为 - 7伏 ,制备的TiO2 纳米线的最小线宽达到 10nm ,TiO2 纳米线的高度和宽度随针尖偏压的增大而增大。在优化的氧化刻蚀条件下 ,通过控制针尖偏压和扫描方式制备出了图形化的TiO2 结构 ,本研究表明基于导电AFM的纳米刻蚀技术将成为构筑纳米电子器件的重要工具