基于F-P干涉的原子力显微镜微悬臂偏移检测系统的研究

发布时间：2023-09-29 01:01

　　原子力显微技术凭借其超高分辨率、实时成像、对样品无损伤等优势,已经被广泛应用于表面探测以及纳米加工等领域。原子力显微镜通过感知探针与样品之间的原子力的变化获得样品的表面形貌,精确探测微悬臂的偏移是原子力显微镜对样品真实成像的需求。光束偏转法凭借其灵敏度高、对微悬臂没有力的作用等优势成为目前检测微悬臂偏移的最常用方法。光束偏转法为保证反射光的有效接收与探测,要求微悬臂有较高的反射率以及光源有较小的光斑尺寸,从而限制了其应用范围。针对光束偏转法的缺陷,本文设计了基于平面法布里-珀罗干涉和球面法布里-珀罗干涉的微悬臂偏移检测系统,并搭建实验平台对系统的可行性进行了验证。研究内容如下:(1)系统阐述了原子力显微镜的工作原理,介绍了目前检测微悬臂偏移的几种方法,分析比较了它们的优缺点。着重研究了目前最常用的光束偏转法的检测原理,分析了其检测缺陷以及对原子力显微镜成像造成的假象。针对光束偏转检测法的缺陷,确立了采用基于法布里-珀罗干涉检测微悬臂偏移的方案。(2)建立了基于平面法布里-珀罗干涉以及球面法布里-珀罗干涉的微悬臂检测模型。仿真分析了伴随着微悬臂偏移产生的偏转角对微悬臂检测以及原子力显微镜...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 原子力显微技术的研究及发展现状
    1.3 AFM微悬臂形变检测方法的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 原子力显微探测的基本原理及方法
    2.1 AFM的基本结构
        2.1.1 力传感系统
        2.1.2 检测及反馈系统
        2.1.3 扫描系统
    2.2 AFM的基本工作原理
    2.3 AFM的工作模式
        2.3.1 接触模式
        2.3.2 非接触模式
        2.3.3 轻敲模式
    2.4 AFM探测成像中的图像伪迹
        2.4.1 针尖形貌引起的图像伪迹
        2.4.2 扫描器引起的图像伪迹
        2.4.3 光学干涉引起的图像伪迹
    2.5 本章小结
第3章 基于F-P干涉的AFM微悬臂检测系统的设计
    3.1 F-P干涉的基本原理
        3.1.1 平面F-P干涉
        3.1.2 球面F-P干涉
    3.2 基于F-P干涉检测微悬臂的偏移
        3.2.1 AFM中微悬臂位移检测及反馈
        3.2.2 F-P干涉仪腔长变化的解调
        3.2.3 基于F-P干涉检测微悬臂偏移的方法
    3.3 基于F-P干涉的微悬臂检测系统的设计
        3.3.1 基于F-P干涉的微悬臂检测系统模型
        3.3.2 微悬臂初始角度的研究与设计
            3.3.2.1 微悬臂偏转角对干涉光探测的影响
            3.3.2.2 微悬臂初始角度的设计
        3.3.3 腔镜反射率的研究与设计
        3.3.4 光源的研究与选择
    3.4 分析比较
    3.5 基于F-P干涉的检测系统的AFM图像伪迹
    3.6 本章小结
第4章 基于F-P干涉的微悬臂检测系统的实验
    4.1 实验器材的选择
    4.2 实验过程
    4.3 实验结果及分析
    4.4 基于F-P干涉的微悬臂检测器的初步开发
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间获得与学位相关的科研成果目录



本文编号：3848973