AFM单晶硅探针磨损的实验研究

发布时间：2019-07-11 15:57

【摘要】：原子力显微镜（AFM）目前已经成为纳米科学领域重要的研究工具，已在表面科学、材料科学、表面化学、电化学、生物学、计量学等学科得到广泛的应用。由于其基本的工作原理是依据锋利的针尖与样品表面原子量级载荷的相互作用，来测量表面的纳米量级高低变化，，而尖锐的针尖就会在扫描中产生一定量的磨损。这种磨损的发生，不但使得针尖的测量分辨率下降，而且还会给测量实验的结果带来误差。因此，控制针尖在扫描工作中的磨损量、研究磨损的评价方法以及磨损对表面测量的影响就显得尤为重要。本论文就围绕这三方面进行研究和分析。 首先，本论文研究了针尖磨损的评价方法。利用针尖扫描特定的几何结构——台阶结构，并借助傅里叶变换分析针尖半径变化与仿真扫描结果频谱的关系，定量地计算出针尖半径的大小；同时，通过功率谱密度对各向同性的随机表面进行分析，定性的评价出针尖在扫描过程中的磨损程度。 其次，在敲击模式下对影响针尖磨损的扫描参数进行了工艺优化研究。分析了探针在扫描测量中的进给速度、扫描振幅、扫描速度及反馈增益对针尖磨损的影响，并结合探针敲击振动的动力学仿真，得出了在保证测量精度的前提下减小针尖磨损的最佳扫描方式。 最后，实验研究了针尖磨损对超精密加工工件表面测量的影响。选用不同磨损程度的针尖分别测量经过超精密加工的工件表面形貌，并用表面粗糙度轮廓参数和功率谱密度评价相应的检测结果，得出针尖磨损对于评价表面质量的影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH742;TH117

【参考文献】

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本文编号：2513280