利用典型Si(100)微结构对原子力显微镜探针参数进行表征

利用各向异性化学湿法刻蚀工艺在Si(100)上加工了具有本征侧墙角(54.73°)的典型微机电系统(MEMS)梯形结构.用该微结构作为线宽测试结构,对其进行了原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)线宽和轮廓的比对测量.并对AFM探针和样品耦合效应进行了研究,提出了AFM探针参数动态表征的模型,基于几何模型对线宽和轮廓测量中探针针尖形状和针尖位置参数进行了表征,提出了用曲率半径、安装倾角、扫描倾角和针尖半顶角来对原子力显微镜探针针尖进行表征.该方法是对现有AFM探针表征模型的改进和完善.     

原子力显微镜的双探针接触测量研究

为实现双探针原子力显微镜的探针对准,用探针A对探针B的成像进行了深入的研究。首先对音叉探针进行有限元仿真,分析探针的机械特性。其次用锁相放大器获取探针的幅度和频率信号,让探针接近样品（硅片）以获得系统的分辨率。最后在YOZ平面用探针A对探针B扫描成像,逐步缩小扫描范围并同时减小扫描步进。实验表明,探针的分辨率优于1 nm,双探针对准精度可达5 nm。     

一种可溯源原子力探针显微镜

研制了一种基于白光干涉的可溯源原子力探针扫描显微镜,提出了一种稳健的白光干涉零级条纹定位算法,建立了一套高分辨激光干涉位移测量系统。在此基础上提出了一种探针标定方法,实现微纳表面可溯源测量。通过对台阶高度为(21.4±1.5)nm的标准光栅进行10次重复测量,其结果的平均值为21.56 nm,标准差为0.51 nm;同时对高度为150 nm的三维特征样件进行了三维测量,验证了所研制仪器测量的准确性和稳定性。     

用于音叉式原子力显微镜的探针制备

建立了一种电化学腐蚀法钨探针制备系统,通过对电化学腐蚀过程中微弱电流信号的实时检测,实现对腐蚀电路快速通断的自动控制,断电时间0.3 ms。该系统制备出了具有与理想轮廓一致的指数形探针。分析了电解电压、电解液浓度与腐蚀电流的关系,得出腐蚀最佳参数。将石英音叉与钨探针粘接构成原子力显微镜测头,完成了调幅模式下的力曲线测试。实验结果表明:制作的钨探针满足原子力显微镜测头性能要求,音叉信号稳定,能识别10 nm的运动变化,为研制高性能音叉式原子力显微镜提供了实验技术基础。     

扫描探针显微镜的发展与应用

扫描隧道显微镜和原子力显微镜的发明大大促进了扫描探针显微镜的发展。本文介绍扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基本工作原理、发展背景以及以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为基础衍生出来的各种扫描探针显微镜的应用。扫描探针显微镜是一种新的探测仪器，它在三维方向上的分辨率均可以达到原子量级的水平，因此在微电子学、微机械学、计量学、化学和生物医学等领域中有广泛的应用前景。     

液中测量型原子力显微镜的研究

简述了使用临界角角度传感器的探针驱动角度检出型ＡＦＭ的测量原理及在液体中进行测量的原理，并对在空气中和液体中的测量结果进行了分析比较。     

双探针原子力显微镜针尖对准方法研究

双探针对顶测量可以有效地消除传统原子力显微镜（AFM）的探针形状对关键尺寸（CD）测量的影响。测量前需要将两个探针针尖（A和B）接触到一起作为测量零点,为实现双探针纳米级对准,提出一种渐进式平面扫描方法。首先,通过视觉图像引导两个探针对准到1μm以内。然后,两个探针继续接近,同时探针A在YOZ平面内对探针B扫描成像,并逐步缩小扫描范围和扫描步进,得到其针尖的纳米级坐标（Y_B,Z_B）。最后,将探针A在Y和Z方向分别移动至Y_B和Z_B,在X方向继续接近探针B直至两探针接触。实验证明,该方法可有效地实现双探针对准,且对准精度为10 nm。     

基于等效面积法的线宽及线宽粗糙度测量

建立一种基于刻线边缘轮廓特征求取刻线线宽和线宽粗糙度的测量方法。理想情况下,刻线线宽方向截面为矩形,面积为该矩形高度和宽度的乘积。实际测量中,沿刻线线宽方向截面为一多边形,认为该多边形面积S1和理想矩形面积S相等。利用Tsai给出的台阶高度算法计算刻线单扫描轮廓的高度以获得线宽截面高度H。刻线等效宽度We可根据上述高度H和截面面积S1求出。线宽粗糙度定义为线宽变化的3倍标准偏差,因此线宽粗糙度也能用该方法求出。     

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%。     

纳米尺度线宽粗糙度测量技术

综述了纳米尺度线宽粗糙度测量研究现状.分别论述了线宽粗糙度定义、各种测量工具的优缺点、目前线宽粗糙度采用的测量方法、分析方法及其表征参数,讨论了线宽粗糙度的测量障碍.分析了线宽粗糙度测量不确定度的构成,讨论了采用原子力显微镜为工具的线宽粗糙度测量的影响因素.     

碳纳米管原子力显微镜针尖及其在生物学研究中的应用

碳纳米管是制作原子力显微镜针尖的理想材料，这是由于碳纳米管具有很小的半径，较高的纵横比，高的柔软性能，独特的化学结构和确定的电子特性，运用碳纳米管针尖成功地获得了免疫球蛋白和单个蛋白分子等的高分辨率结构图像。     

Heterogeneity of spiral wear patterns produced by local heating on amorphous polymers

We report on spiral wear patterns produced at constant angular velocity by hot tip atomic force microscopy (HT-AFM) on surfaces of two common amorphous polymers: polystyrene (PS) and polymethylmethacrylate (PMMA). Topography of these patterns is obtained with regular AFM cantilevers. Topography cross-sections taken from a center of each spiral at a given azimuthal angle Θ relate changes of surface corrugation h_corr with tangential velocity v of a thermal cantilever. Polymer wear is characterized by a power law h_corr(v) = α(v/v_max)^−β, which yields a pre-factor α and an exponent β. Below the glass transition temperature T_g, α is polymer specific and β varies weakly between similar conditions and samples. Variations of β are hypothesized to reflect polymer relaxation processes, which are expected to vary only weakly between amorphous polymers. At and above T_g, α approaches initial thermal tip indentation depth within a polymer, β plummets, and a power law relation of h_corr with v diverges. These results are explained by heterogeneous wear around T_g due to a local nature of glass transition. At all studied temperatures, additional wear heterogeneities are found as due to position on the polymer and Θ. Variations of α and β with position on the polymer are found to be only marginally larger then uncertainties of the thermal tip–polymer interface temperature. Variations of α and β with Θ are found to be largely influenced by buckling of thermal cantilevers traveling in a spiral pattern.     

计量型原子力显微镜环境温度的测控

在纳米结构的检测与表征领域中,温度是影响纳米尺度测量精度的重要误差源.为此,根据测量材料的热物性和空气折射率与光学测量的关系,以计量型原子力显微镜和大范围纳米测量机为例,首先通过设计高精度多点测温系统进行精密的温度测量,分析估计在扫描测量纳米结构过程中温度变化对其测量结果的影响.其次对纳米测昔中温度测量的相关技术问题进行了研究,以保证纳米表征和检测在纳米尺度及其量值上的准确性.     

Growth of thin Ag films produced by radio frequency magnetron sputtering

Thin Ag films in the thickness range D = 14–320 nm were deposited by radio frequency magnetron sputtering on glass substrates at room temperature inside a vacuum chamber with base pressure of about 5 × 10^− 6 Pa. The growth of the films was studied via X-ray diffraction and atomic force microscopy experiments. The two techniques are complementary and give us the opportunity to study the surface roughness, the statistical distribution and the average value of the grain size, as well as the texture of the samples. It is shown that the film roughness increases negligibly within the first 60 atomic layers of growth. The thicker films (D 300 nm) develop a nanocrystalline structure with a root mean square roughness of about 2.5 nm. The grain size evolves linearly with the thickness from 9.4 nm at D = 54 nm to 31.6 nm at D = 320 nm.     

使用AFM测量纳米尺度线宽的不确定度研究

针对Nanoscope Ⅲ型原子力显微镜,进行了纳米尺度线宽测量的不确定度分析。提出一个线宽测量的误差校正步骤,确定并分析了影响测量结果不确定度的4方面因素。根据实验和测量过程,分析和计算得到被测样品的线宽值、不确定度分量以及合成不确定度。     

用原子力显微镜研究纤维素膜表面形貌和孔径大小及分布

介绍了原子力显微镜 (AFM )的测试原理和用于纤维素膜测定的方法 ,测定了几种纤维素膜的表面形貌 .结果表明 :AFM非常适合用于研究纤维素膜表面形貌结构 ;通过分析纤维素膜表面孔径大小和分布 ,可以较好地解释纤维素膜性能的变化     

Cefalexin drug: A new and efficient corrosion inhibitor for mild steel in hydrochloric acid solution

Corrosion inhibition of mild steel in 1N HCl by cefalexin has been studied by electrochemical and weight loss measurements. The inhibitor showed increase in inhibition efficiency with increase in inhibitor concentration up to optimum concentration 400 ppm. Potentiodynamic polarization suggests that it is a mixed type of inhibitor. Electrochemical impedance spectroscopy was used to investigate the mechanism of corrosion inhibition. Thermodynamic parameters were calculated to investigate mechanism of inhibition. AFM is used to investigate the surface morphology of the uninhibited and inhibited mild steel.