并行原子力顯微鏡研制.pdf

1、多探針并行原子力顯微鏡在超高密度信息存儲(chǔ)、納米加工、大范圍形貌檢測和計(jì)量等方面有潛在的應(yīng)用前景.多探針并行可以提高納米加工能力、提高超高密度信息存儲(chǔ)的讀寫速度和對大尺寸樣品進(jìn)行無損檢測等,因而廣泛地受到工業(yè)和科研部門的重視.該文根據(jù)中國-西班牙國際合作項(xiàng)目,針對當(dāng)前并行原子力顯微鏡發(fā)展的重點(diǎn),主要就多探針并行反饋控制、探針陣列針尖與樣品之間的逼近及平行控制、多頻道數(shù)據(jù)采集/并行處理/實(shí)時(shí)顯示等技術(shù)進(jìn)行了深入研究,并獨(dú)立設(shè)計(jì)、制造了雙探針

2、并行原子力顯微鏡.該論文的主要研究成果有如下幾點(diǎn): 首先,研究了反饋控制回路的各個(gè)參數(shù)相互之間以及對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,對整個(gè)反饋回路進(jìn)行了模擬與仿真,根據(jù)仿真的結(jié)果對電路進(jìn)行了優(yōu)化;采用三點(diǎn)支撐的探針-樣品之間的逼近系統(tǒng),解決了樣品-陣列針尖的逼近以及保證樣品平面與針尖平面的平行問題,實(shí)現(xiàn)大尺寸樣品掃描、雙探針并行工作;研究并解決了多頻道數(shù)據(jù)采集、并行處理、實(shí)時(shí)圖像顯示等問題.著重論述了并行探針的變形檢測、并行探針-樣品之間的逼近及控制

3、、信號(hào)放大、比例積分反饋、掃描及高壓驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)濾波處理及實(shí)時(shí)圖像顯示等部分.并行原子力顯微鏡采用了層次化、模塊化設(shè)計(jì),可以作為單探針原子力顯微鏡使用,還可方便的擴(kuò)展為其他類型的掃描探針顯微鏡.研制出的并行原子力顯微鏡能夠并行獲得樣品的形貌、正壓力、摩擦力等信息,能夠?qū)崟r(shí)處理、圖像化顯示采集到的16種數(shù)據(jù)中9種數(shù)據(jù)或者曲線顯示全部的16種數(shù)據(jù). 其次,在層次化、模塊化設(shè)計(jì)的并行原子力顯微鏡控制軟件的基礎(chǔ)上,增加了獲取力曲線及對力

4、曲線進(jìn)行力標(biāo)定功能,分析了力-位移曲線的各種轉(zhuǎn)換關(guān)系,使研制的并行原子力顯微鏡可以作為測試儀器使用;添加了模擬教學(xué)內(nèi)容,以便使用者有良好的使用前培訓(xùn),減小對儀器的損壞.另外,該論文利用原子力顯微鏡開展了部分應(yīng)用研究工作:考慮針尖效應(yīng),對納米粒子的粒徑進(jìn)行了精密測量;研究了納米粒子在聚四氟乙烯填充體系中分布;利用原子力顯微鏡納米加工了二維零位光柵.該文所研制的并行原子力顯微鏡為以后開展形貌測量、力學(xué)性能測試、超高密度信息存儲(chǔ)、納米加工、大