SPM针尖制备技术研究及应用

发布时间：2023-04-26 20:04

　　随着纳米科技的发展,扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopy)技术因其直接反应样品表面形貌、粘弹性、摩擦力、吸附力和电磁场分布等信息的优势已经成为纳米测量强有力的手段。探针作为SPM的核心部件,直接影响着样品成像质量及研究成果,批量制备重复率高、大长-径比的纳米级探针仍是国内外学者研究的热点,大长-径探针使SPM测量出深沟槽以及近似铅垂侧面样品的真实形貌成为可能,因此课题组展开了对扫描探针显微镜探针制备技术的研究。论文设计并搭建了基于电化学腐蚀法制备探针的完整系统,系统机械装置可保证探针制备过程中的稳定性,避免电极的微动和电解液面的波动对探针形成质量的影响。运用步进精度为50nm的电机控制探针的提拉和给进深度。腐蚀电路比较了基于电平比较法与反馈控制法在探针形成瞬间的断电时间和曲率半径,最终确定采用反馈控制技术在几百纳秒内切断腐蚀电路,保护探针针尖的原子不被再腐蚀。软件控制完成腐蚀电流信号的采集,采用VB编写上位机控制界面,实现了探针制备的自动化控制,减少了人为误差对理论分析和实验结果的影响。机械装置与控制系统的高效结合保证了探针制备的成功率和稳定性。在电化学腐...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 综述
    1.1 论文的研究背景及意义
    1.2 扫描探针显微镜概述
        1.2.1 扫描隧道显微镜概述
        1.2.2 原子力显微镜概述
    1.3 SPM探针制备技术国内外研究现状
        1.3.1 SPM探针关键性分析
        1.3.2 探针制备技术国内外研究现状
        1.3.3 音叉式原子力显微镜测头研究现状
    1.4 论文的研究内容及组织结构
第二章 SPM探针制备控制系统设计与分析
    2.1 探针制备电化学腐蚀法
    2.2 SPM探针制备系统总体方案设计
    2.3 机械结构设计与分析
        2.3.1 总体结构设计
        2.3.2 底座及支撑结构设计
        2.3.3 电化学反应池固定与定位结构设计
        2.3.4 钨丝夹持器设计
        2.3.5 钨丝定位结构设计
    2.4 控制系统设计与分析
        2.4.1 系统硬件的分析与选型
        2.4.2 控制电路的确定
        2.4.3 软件控制系统
    2.5 本章小结
第三章 SPM探针制备实验
    3.1 探针制备要求及特征参数
    3.2 静态电化学腐蚀法最佳参数确定
        3.2.1 断电时间的影响
        3.2.2 电解液浓度的影响
        3.2.3 电解电压的影响
        3.2.4 浸没深度的影响
    3.3 动态电化学制备探针
        3.3.1 多直径探针制备
        3.3.2 可控圆锥形探针制备
    3.4 本章小结
第四章 自制探针在音叉式AFM上的应用
    4.1 音叉式AFM测头结构
        4.1.1 探针粘接系统
        4.1.2 音叉式AFM测头组成
    4.2 前置放大电路
    4.3 测头性能测试
        4.3.1 扫频测试
        4.3.2 力曲线测试
    4.4 高定向热解石墨标样测试与分析
    4.5 本章小结
第五章 总结和展望
    5.1 论文总结
    5.2 论文展望
参考文献
发表的学术论文
致谢



本文编号：3802134