针尖扫描原子力显微镜的光点跟踪设计

提出了一种用于针尖扫描原子力显微镜(AFM)的光点跟踪设计方案,结构简单,容易实现。设计方案对扫描器的负载能力要求不高,而且能使原子力显微镜实现较大范围的针尖扫描。实验结果表明,采用此光点跟踪设计方案的针尖扫描原子力显微镜能实现最大100μm×100μm范围的扫描,z方向上的误差最大1 nm,能很好地满足大样品扫描的需要。     

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。     

碳纳米管原子力显微镜针尖的研究

本文研究了制作碳纳米管原子力显微镜针尖的方法和过程。在光学显微镜下，通过两个微工作台操纵将纯化后的多壁碳纳米管粘结在传统的原子力显微镜的Si针尖上。运用电蚀的方法优化碳管针尖的长度使其达到高分辨率的要求。我们运用制作的碳纳米管针尖在敲击模式下时G型免疫球蛋白进行扫描成像，结果显示了其典型的Y形结构，这是传统AFM的Si针尖无法获得的。     

一种用于光学薄膜表面无损表征的原子力显微镜

研制了一种用于大面积光学薄膜表面无损表征的新型原子力显微镜(AFM)。利用开放式样品台及探头系统可检测大尺寸、大重量的样品。样品最大尺寸可达600 mm×1000 mm。利用X、Y方向上的步进电机可实现探头在大尺寸样品表面任意位置的定位。另外还设计了优化的光点跟踪光路以实现大范围扫描成像,在扫描范围和反馈范围增大的同时,保持了较高的精度。利用步进电机和扫描器配合扫描,可得到序列图像,通过序列图像的拼接可获得更大范围的扫描图像。本文中测试了三种大面积薄膜样品,实验结果表明,单幅扫描图像最大范围达20 μm×20 μm,同时保持高的横向及纵向分辨率。     

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。     

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。     

利用图像中的探针信息获取探针形貌的方法

扫描探针显微技术已在纳米甚至原子级的形貌获取中得到了广泛地应用。其分辨本领在很大程度上依赖于探针的形貌尺寸。传统的检测探针的方法大多对针尖的损伤很大或需要复杂的仪器,这就使这些方法带有一定局限性。本文提出利用扫描图像中反映的探针信息数值求解探针形貌的方法,利用探针扫描不同样品所得到的扫描图像还原探针的形貌,结果显示用此算法能够还原出原针尖的形貌。为了更好地与实际结果对比,用原子力显微镜扫描图像来验证此方法的正确性,结果显示反构造的探针形貌结果与MI公司所提供的探针尺寸吻合很好。     

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。     

振动模式扫描极化力显微镜及其应用

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式，它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中，极化力叠加在范德华力上，克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点；通过调节针尖的高度，从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式，又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰，还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitude setpoint)或插入扫描高度参数(lift scan height)来控制，这一方法简单易行。利用这一模式对肢体金颗粒和DNA的高度进行测量，在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形。     

基于超平表面的原子力显微镜探针磨损研究

原子力显微镜的图像质量受到探针磨损情况的直接影响,本文主要对基于超平表面的原子力显微镜(AFM)探针磨损问题进行了试验研究,针对探针磨损效率以材料表面的粗糙度(Rq)作为评估指标,测试样品选用了Rq小于0.5nm的超平表面。探针在10%的反馈回路设定值比例和悬臂目标振幅比例的测试条件下,采用1Hz的扫描速度及1.7的I-gain值可使磨损最小,进而有效提升探针使用寿命。