电化学沉积DLC薄膜的AFM研究

类金刚石碳膜 (ｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅｃａｒｂｏｎｆｉｌｍｓ ,简称ＤＬＣｆｉｌｍｓ)是一类硬度、光学、电学、化学和摩擦学等特性都类似于金刚石的非晶碳膜。例如 ,它具有高硬度 ,抗磨损 ,化学惰性 ,介电常数低 ,宽光学带隙 ,良好的生物相容性等特点。它可以应用于机械、电子、化学、军事、航空航天等领域 ,具有广泛的应用前景。目前制备类金刚石碳膜一般用气相沉积方法(化学气相沉积法和物理气相沉积法 ) ,但是气相合成实验装置的复杂性和基底的高温都导致了这些方法具有一定的局限性。近年来 ,研究人员开始了在液态低温下电化学沉积制…     

基于原子力显微镜（AFM）的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题，提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统，采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明，得出主要参数优选的一般方法，讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验，实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工，并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工。     

AFM加工的Ti纳米氧化钛线的直线度分析

为了与微电子加工工艺相结合,基于Ti氧化线的纳米电子和光电器件需要加工μm级长的Ti氧化线。Ti氧化线的直线度决定了加工的纳米器件的形状,从而影响纳米器件的工作特性。在偏置电压8 V、扫描速度0.1μm/s的条件下,在7μm×7μm的范围内从左到右每隔1μm加工了6条5μm长的Ti纳米氧化线,研究了针尖磨损和压电陶瓷扫描器等因素对加工的Ti氧化线的直线度的影响,原子力显微镜(AFM)扫描范围的中间位置加工的Ti氧化线的高度和宽度的一致性与直线度最好。     

应用原子力显微镜对单晶硅进行纳米级加工

以原子力显微镜（AFM）作为加工工具,基于金刚石针尖对单晶硅进行了纳米加工实验,对纳米加工区域特性,材料在不同垂荷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,应用有限元方法（FEM）对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的作用机制进行了计算仿真。     

AFM 在纳米结构加工中的应用研究

文中阐述了基于自行研制的原子力显微镜(AFM)的纳米刻蚀加工方法，研究了针尖上的载荷大小和扫描次数对加工深度的影响，利用AFM的微探针在氧化铝(Al2O3)材料表面加工出纳米结构，验证了该加工方法的可行性。实验结果表明基于AFM的纳米刻蚀技术可作为加工纳米器件的重要手段。     

多孔硅秃腔微结构的AFM和SEM研究

多孔硅微腔是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构。用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对多孔硅微腔的侧向解理的截面进行了观测，得到了不同多孔层及其界面处的图像。微腔截面的扫描电镜图像清楚地显示出第Ⅱ型多孔硅微腔的“三明治”结构，即中心发光层被夹在两个Bragg反射镜之间，这些结果表明结合分子束外延技术和电化学腐蚀方法可以很容易得到多孔硅微腔。     

基于AFM微加工的单晶硅表层性质的研究

在纳米级材料去除率和极小载荷下，利用原子力显微镜(AFM)对单晶硅进行基于金刚石针尖的微加工，并且应用扫描电子显微镜(SEM)对微加工区域及切屑的元素特征进行分析，同时应用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对加工区域及非加工区域的化学成分组成进行对比分析。通过SEM观察发现无论在微加工区域内部还是在其边缘都不产生微裂纹及断裂破坏。元素分析表明微加工后去除的切屑因为松散且具有很大的自由表面面积所以容易被氧化，而加工区域内部的XPS分析结果显示出加工表层有非晶态二氧化硅的产生，深度值随加工时垂直载荷的不同在0．3～0．4nm之间变化。     

AFM电场诱导氧化加工作用的分析

纳米加工技术是纳米器件研究的重要基础条件，纳米氧化结构则是纳米器件的重要组成部分。为了深化对AFM电场诱导氧化加工机理的理解，本文对Si表面的电场诱导氧化作用进行了实验研究，包括探针与样品之间实际电压的监测、不同掺杂Si材料加工门槛电压的分析及探针扫描速率对氧化物高度的影响。实验分析表明，在氧化结构的生成过程中存在的充放电过程是不同加工门槛电压的产生和氧化作用时间与氧化线高度呈非线性关系的重要影响因素。     

多孔硅微腔微结构的AFM和SEM研究

多孔硅微腔是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构.用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对多孔硅微腔的侧向解理的截面进行了观测,得到了不同多孔层及其界面处的图像.微腔截面的扫描电镜图像清楚地显现出第Ⅱ型多孔硅微腔的"三明治”结构,即中心发光层被夹在两个Bragg反射镜之间.这些结果表明结合分子束外延技术和电化学腐蚀方法可以很容易得到多孔硅微腔.     

海藻酸钠自组装体系的AFM研究

运用原子力显微镜(AFM)对不同浓度海藻酸钠在云母表面上形成的自组装膜进行了研究,实验结果显示在0．001mg／ml时,海藻酸钠出现单分子聚集体形态;0.01mg／ml和0.05mg／ml时,呈现致密、紧凑的网格状结构。随着浓度的改变,海藻酸钠自组装表面超微结构也发生变化。初步分析了影响其表面超微结构变化的一些因素并运用耗散理论探讨了这种变化过程可能的机理。     

基于原子力显微镜(AFM)的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题 ,提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统 ,采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明 ,得出主要参数优选的一般方法 ,讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验 ,实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工 ,并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工     

大气湿度对AFM针尖氧化加工金属Ti膜的影响

AFM针尖诱导氧化加工的Ti纳米氧化线，是基于Ti膜-半导体纳米器件的基础，由大气湿度决定的Ti膜表面水吸附层的厚度，对控制阳极诱导氧化加工的结果起重要作用。通过大量实验研究了大气湿度对Ti氧化线高度、宽度和纵横比的影响，结果表明进行氧化加工Ti膜的较好湿度范围为30％～50％。     

SiO2胶体探针的制备及其在表面力测定中的应用

采用一种新方法——双向三维移动平台法制备胶体探针,该方法使用两个三雏移动平台,同时将CCD与长工作距离显微镜集成,组成视频监视系统来监控探针的整个制备过程,方便了操作。利用此自组装装置制备的二氧化硅胶体探针在原子力显微镜上进行力曲线测量,将分析数据与Ducker的经典论文进行对照,得到较为理想的结果。     

固相微萃取用改性聚氨酯涂层的AFM表征

针对目前固相微萃取（SPME）商用纤维头品种单一、极性跨度小、萃取效率低等问题,本研究合成一种新型的丙烯酸改性聚氨酯材料,并采用紫外光固化技术制备SPME萃取头涂层。应用原子力显微镜（AFM）对不同组分配比的改性聚氨酯涂层进行表征。AFM观察表明,合成的丙烯酸改性聚氨酯树脂是一种具有极性硬段和非极性软段微相结构分离的聚合物,随组分配比不同,软段和硬段的相畴尺寸及其分布有所不同,涂层材料的表面形貌也有所不同。其中甲苯二异氰酸酯（TDI）和烷羟基硅油（PDMS-OH）用量比为1.5∶1时合成的涂层材料,相畴精细,极性硬段和非极性软段均匀地分布在涂层中。     

满足自锐效应的AFM探针针尖加工

根据各向异性湿法刻蚀针尖的自锐效应模型和晶面交点模型,设计了AFM探针针尖加工工艺流程,并进行了针尖加工实验。通过分析实验结果并结合晶面交点模型,分别得到了针尖形状与蚀液浓度、刻蚀液温度、添加剂、掩模方向的关系。结合自锐效应模型,得到了(100)硅片刻蚀针尖自锐条件。最后对工艺参数进行了优化,采用15 mol/L的KOH溶液,在70℃,并且方形掩模边缘平行于<110>方向,可以得到满足自锐效应的、重复率高、表面粗糙度小、高宽比为1.56的单晶硅针尖。     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0 .1μm/ s.     

Na掺杂量对ZnO薄膜AFM图像多重分形谱的影响

用溶胶-凝胶法在Si（111）基片上制备Na掺杂ZnO薄膜,利用原子力显微镜（AFM）观察薄膜的表面形貌,采用多重分形理论定量表征薄膜的AFM图像。结果显示：随着Na含量的增加,薄膜平均颗粒尺寸逐渐增大,表面RMS粗糙度从7.4 nm增大到44.4 nm,分形谱宽Δα从0.059增大到0.200,说明薄膜表面高度分布不均匀程度逐渐增大;所有样品的Δf值均大于零,表明薄膜表面沉积于最高峰的原子数多于最低谷的原子数。     

基于多层膜光栅的AFM探针结构表征研究

原子力显微镜是微纳米测量领域主要测量工具之一。由于原子力显微镜探针不可能无限尖锐,使得测量图像包含了一部分探针信息,这是其图像失真的一大影响因素。通过获取探针形状和尺寸,可以有效去除测量图像的"探针效应"从而提升准确度。文中以研制良好样品内一致性的探针校准器为目标,应用Si/SiO2多层膜光栅技术,初步研制了20 nm标称值的线宽结构用于原子力显微镜探针校准。表征结果显示,RFESP型(Rectangular Front Etched Silicon Probe)探针稳定扫描时探针前角由15°增加至36°左右,探针后角由25°增加至45°左右,呈现钝化趋势。由此表明,基于Si/SiO2多层膜光栅技术研制的线宽型探针表征器可以快速表征出探针侧壁角度信息,是原子力显微镜探针扫描过程中探针形貌快速监测和估计的有效手段,对于促进探针表征与图像准确度提升均具有重要意义。