具有曲率突变特征的微结构测量技术研究

发布时间：2017-12-12 02:36

  本文关键词：具有曲率突变特征的微结构测量技术研究

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【摘要】：具有曲率突变特征的微结构是微机电系统元部件的重要形貌特征,其几何参数对功能特性有着极其重要的影响,因此具有曲率突变特征的微结构的形貌测量是精密、超精密测量中不可或缺的一部分。由于深沟槽(台阶)微结构是具有曲率突变特征的微结构的典型代表,深沟槽(台阶)微结构的测量难点也是具有曲率突变特征的微结构测量技术中的关键点,因此本课题针对深沟槽(台阶)微结构的测量技术展并一系列深入的讨论和研究。 首先,本课题运用数学建模的方法对于扫描钨丝探针的电化学蚀刻过程进行数值仿真,并与实验相结合,优化改进钨丝探针的电化学蚀刻工艺,形成了应用实验室已有的探针制作设备批量生产具有超尖细尖端的大长径比钨丝扫描探针的技术。具有超尖细尖端的大长径比钨丝扫描探针在一定程度上解决了多隧道电流耦合效应造成的问题,实现了扫描过程中在曲率突变区域仍能保持稳定隧道电流。 之后应用高斯曲率数值计算方法进行面形特征点描述,基于面形特征点建立测量基准坐标系,讨论了调整基准坐标系到标准坐标系的方法。然后引入双倾测量模式,对于样品进行正负倾角两次扫描,基于基准坐标系标准化的方法完成测量结果图像拼接,最终实现了对于23μm深沟槽(台阶)微结构无盲点三维扫描成像。几何尺度测量误差在1%以内,侧壁倾角测量误差小于5%。 在文章的第五章提出了基于精密微位移电动台与PZT构成的测头运动装置的两级伺服联动控制流程。通过以精密微位移电动台补偿压电陶瓷量程不足的方式,大大扩展了扫描隧道显微系统的量程,进一步的基于实验室自制具有超尖细尖端的大长径比钨丝扫描探针以及双倾测量技术完成了1031μm高台阶的表面形貌精密扫描实验。实验结果显示,在台阶高度和宽度等几何尺度上测量误差在2%以内,测量噪声在80nm左右。 综上所述,本课题的研究实现了对于具有曲率突变特征微结构的无损精密检测,在测量尺度上从微米级到亚毫米,测量精度则保持在100nm以内,可以实现对于该特殊微结构的无损检测以及几何参数精确评估。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39;TG806

【参考文献】

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本文编号：1280875