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.     

人体三维扫描结构光解相位方法研究

在三维表面测绘中,基于格雷码和相移的结构光三维测量技术在临床医学中已被广泛应用.由于环境光、相机以及被测人体表面反光不均匀等因素的影响,相位展开时容易出现错误.针对上述问题本文提出一种算法,采用一幅没有条纹投影的目标图像和一幅经过条纹投影的图像共同完成图像分割,以期提高格雷码投影图像的分割准确率,消除目标表面纹理和环境光线的影响.再对格雷码图像和四步相移图像进行解码,得到绝对相位,并对绝对相位进行周期错位校正,最终获得理想的相位信息.实验系统由一个投影仪和平行双目摄像头组成,先后对仿真头部模型以及人的小臂进行三维扫描,生成的三维点云结果表明了该算法的可靠性.     

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.     

O.92PZN-0.08PT晶体的缺陷与畴结构研究

应用环境扫描电子显微术(ESEM)、原子力扫描显微术(AFM)、同步辐射白光形貌术(SRWBT)等形貌成像技术研究了0.92PZN-0.08PT晶体的表面缺陷形态与铁电畴结构.通过对畴结构动态演化的同步辐射形貌观察,可揭示出该晶体的结构相变过程.     

支撑光学制造的几何量计量技术(英文)

几何量计量技术大量应用于光学制造业以检测零件质量和控制生产过程,是光学制造业的核心技术,涉及微纳米结构的几何量计量以及平面、球面、非球面、直纹曲面及自由曲面的面形计量.本文综述了德国联邦物理技术研究院支撑光学制造的部分计量技术.介绍了一种测量范围为25 mm×25 mm×5 mm的计量型大范围原子力显微镜(AFM),可灵活多样地测量各种微纳结构.介绍了一种新颖的AFM探针(ACP),可实现微纳结构侧壁形貌的直接、无损测量.介绍了一种应用Flared AFM探针的真三维AFM及其用于减少针尖磨损的矢量探测技术,可应用于各种纳米结构的真三维测量.介绍了可用于平面和中等曲面面形绝对测量的两种方法:差分型激光束偏转法和可溯源多路传感器法(TMS).讨论了面形测量中存在的挑战性难题.介绍了可用于面形测量的高精度三坐标测量机.     

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。     

基于CT图像重构模型的MEMS结构尺寸检测方法

微机电系统(MEMS)结构尺寸检测技术已成为其设计和加工生产的重要保证手段,但现有技术都是对MEMS表面结构进行二维测量,不能准确反应其三维形貌.对此,提出了一种基于CT图像进行模型重构的MEMS结构尺寸检测方法.该方法通过CT扫描的断层图像建立MEMS结构的三维模型,然后通过特征点提取、边缘检测和特征区域划分识别出结构的几何特征区域,然后用最小二乘法对提取的特征数据进行拟合,提取其基本参数信息,最后计算MEMS结构关键几何参数,并提出了一种微结构表面质量参数的计算方法.该方法摆脱了传统方法对三维结构的检测限制,可实现MEMS结构的三维检测.     

新型大扫描范围原子力显微镜的研究

研制了一种大扫描范围原子力显微镜(AFM)。设计了新的扫描驱动电路,使单幅图像的扫描范围大幅度提高;用步进电机和扫描器配合扫描,得到序列图像,序列图像拼接后获得大范围样品图像。实验结果表明,采用这一方法,在±150V 的电压驱动下,AFM 的扫描范围可增大到10 ìm?1 mm 的量级,同时保持 1 nm 量级的测试分辨力。     

基于干涉显微原理的表面形貌测量系统

根据光学干涉显微法原理,设计开发了一套微纳结构表面形貌测量系统.该系统采用林尼克干涉显微镜,通过参考镜扫描的方法将扫描器与相移器集为一体,分别采用五步相移算法和基于采样定理的包络均方函数(SEST)算法实现相移干涉法(PSI)和垂直扫描干涉法(VSI)两种模式对微纳结构的表面形貌测量.为验证该系统性能,采用标准多刻线样板和标准台阶作为样件对VSI 和PSI 两种模式分别进行了测量实验.结果证明,该系统能够完成微纳结构表面形貌的快速精确测量,可以满足微电子、微机电系统中微纳结构的表面形貌测量要求.