用于双探针AFM对准系统的纳米位移台设计

发布时间：2023-04-19 22:15

　　纳米级线宽的精确测量一直是纳米计量领域的重点和难点。集成电路的迅猛发展需要为线宽测量提供更高的精度。在众多显微镜当中,原子力显微镜被广泛地用于纳米范围的线宽测量,然而其探头尺寸和测量原理导致了线宽测量存在误差。本文针对可以消除探针尺寸所带来误差的双探针原子力显微镜进行深入研究。双探针原子力显微镜的关键是两个探针在三个维度上的对准,为后面两个探针扫描得到的线宽轮廓拼接提供基点。本文设计了应用于双探针对准的位移台,具体研究内容如下:1、根据原子力显微镜的使用需求确定位移台的设计指标。探针的对准要求位移台的精度达到纳米级,为了满足对针需求采用柔性铰链作为运动执行机构,以压电陶瓷来驱动平台,通过电容传感器实现位移测量。探针的对准要求位移台在x、y与z方向上具有大行程,选取杠杆式位移放大机构确保位移台的行程。为保证系统可以稳定运行设计配套的针尖夹持机构和预紧机构。2、建立位移台的理论模型,并计算得到平台的工作刚度、耦合刚度、集中应力、固有频率的数学公式。根据位移性能分析结果,明确位移台结构参数对性能的影响,根据对针需求确定位移台的结构参数,通过有限元仿真验证设计的可靠性。3、针对压电陶瓷存在的迟...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 双探针原子力显微镜线宽检测装置
    1.3 纳米位移台的国内外研究现状
        1.3.1 柔性机构设计方法研究综述
        1.3.2 柔性机构设计和建模方法
        1.3.3 柔性直线机构研究综述
    1.4 论文研究目的和内容安排
第2章 定位系统的设计
    2.1 整体结构设计
        2.1.1 影响柔性直线机构位移的主要参数
        2.1.2 位移台的结构方案
    2.2 机械结构
        2.2.1 柔性铰链
        2.2.2 放大机构
        2.2.3 导向机构
        2.2.4 预紧机构
        2.2.5 针尖夹持机构
    2.3 微位移驱动器
    2.4 位移测量技术
    2.5 位移台的整体结构设计
    2.6 本章小结
第3章 纳米位移台的性能分析
    3.1 杠杆机构的建模与分析
        3.1.1 直梁型柔性铰链柔度模型
        3.1.2 杠杆机构建模
    3.2 导向机构的建模与分析
        3.2.1 位移台耦合位移分析
        3.2.2 固有频率分析
        3.2.3 集中应力分析
    3.3 有限元仿真验证分析
    3.4 位移台结构参数选取
    3.5 本章小结
第4章 压电陶瓷微位移实验研究
    4.1 压电陶瓷驱动器理论
        4.1.1 压电陶瓷驱动器的驱动位移
        4.1.2 压电陶瓷驱动器的驱动力
        4.1.3 压电陶瓷驱动器的力位移关系
    4.2 压电陶瓷非线性误差
        4.2.1 迟滞特性
        4.2.2 蠕变特性
    4.3 压电陶瓷反馈控制
    4.4 本章小结
第5章 纳米位移台性能测试
    5.1 实验系统构建
    5.2 系统测量对比实验
    5.3 性能测试实验
        5.3.1 稳定性实验
        5.3.2 线性度实验
        5.3.3 重复性实验
        5.3.4 耦合位移实验
        5.3.5 分辨率实验
        5.3.6 x、z轴测量实验对比分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的相关研究成果
致谢



本文编号：3794313