计量型扫描电镜纳米微位移台的振动分析研究

发布时间：2017-07-18 22:10

  本文关键词：计量型扫描电镜纳米微位移台的振动分析研究

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【摘要】：扫描电子显微镜(SEM)是一种能够有效地分析样品表面形貌和显微结构的电子光学仪器,目前已经广泛应用于各类高科技的研究当中。虽然通常的扫描电子显微镜具有纳米分辨力的成像能力,但是由于它不具备可溯源计量仪器的功能,不能对被测样品进行精准的尺度测量。因此,将扫描电镜进行适当的改装,同时采用新的扫描成像方法,让其具备可溯源的计量功能,而不仅仅是一种观察工具,成为扫描电镜性能改进方面在未来发展的一种趋势。计量型扫描电镜在这种趋势下应运而生,可溯源计量型扫描电镜是采用电子束扫描位置固定不动,而移动工作台使电子束相对样品做栅格式扫描成像,利用激光干涉仪对往复运动扫描样品的样品台做测量反馈,可以精确地进行纳米尺度的计量,从而实现可溯源到国际单位米定义的扫描成像方法。由于承载被测样品的纳米微位移工作台在做往复式扫描运动的过程中,可能会由于高速运动产生一定的耦合振动,要得到精确的尺寸测量,必须有性能良好的纳米微位移台系统。因此,提高纳米微位移台和支撑机构的抗振能力对于计量型扫描电镜系统的搭建起到举足轻重的作用。通过围绕计量型扫描电镜系统中的纳米微位移台支撑结构,主要完成以下几方面的工作:考虑计量型扫描电镜的功能结构,针对德国蔡司公司扫描电镜(Merlin)样品台支撑结构,我们对其进行了结构改造,该研究通过ANSYS有限元软件来对改造前后的支撑结构和柔性铰链纳米微位移台进行了静力及模态分析,求出了系统的固有频率和阵型,分析了使其结构符合计量型电镜要求的基本条件。本研究还对改造后的微位移台系统进行了实际振动测试分析研究,通过输入变频的正弦波控制信号,记录分析了位移台系统的谐振频率。此外还对改造后的纳米微位移台支撑结构采用冲击力激振法,利用激光测振仪接收信号,并采用快速傅立叶变换,将时域信号转换为频域信号,从而得出纳米支撑结构的谐振频率信息。对蔡司Merlin型扫描电镜进行了改造,添加了双轴激光尺测量模块,搭建成计量型扫描电镜系统,并通过微位移台的扫描成像效果验证纳米微位移工作台系统的隔振效果及抵抗自干扰能力。
【关键词】：计量型扫描电镜 纳米微位移台 振动分析 激光干涉测量
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 纳米微位移工件台系统11-19
• 1.3 计量型扫描电镜研究现状及应用19-22
• 第2章 纳米微位移台系统的有限元方法22-26
• 2.1 有限元方法概述22-24
• 2.1.1 有限元的发展概况22-23
• 2.1.2 有限元的基本理论23-24
• 2.2 ANSYS软件基本功能24-26
• 第3章 微位移台系统的有限元模拟仿真分析26-49
• 3.1 微位移台系统的静力及模态理论分析26-28
• 3.1.1 微位移台系统的静力分析理论26
• 3.1.2 微位移台系统的模态分析理论26-28
• 3.2 纳米微位移台支撑结构的模拟仿真28-37
• 3.2.1 支撑结构的静力分析与模态分析28-33
• 3.2.2 材料力学性能对位移台支撑结构基频的影响33-37
• 3.3 优化后支撑结构的静力分析及模态分析37-42
• 3.4 纳米微位移台的模拟仿真分析42-49
• 3.4.1 纳米微位移台柔性铰链机构的静力理论分析42-45
• 3.4.2 PI微位移台的静力分析及模态分析45-49
• 第4章 微位移工作台系统的振动分析实验49-55
• 4.1 激光测振仪的基本原理及测试方法49-51
• 4.2 实验过程及结果51-55
• 第5章 计量型扫描电镜微位移台的抗振效果分析实验55-64
• 5.1 实验设备55-61
• 5.1.1 扫描电子显微镜55
• 5.1.2 纳米微位移台系统55-58
• 5.1.3 激光测距系统58-61
• 5.2 实验过程及结果61-64
• 总结64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 导师简介72-74
• 作者简介74-75
• 学位论文数据集75

【参考文献】

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本文编号：559999