基于高阶谐振悬臂的动态原子力显微镜的研制

动态原子力显微镜微悬臂为无限自由度系统,具有多个谐振模态的振动特性。微悬臂的工作振动频率是影响动态原子力显微镜系统的测量特性的关键参数之一,为了提高微悬臂的谐振频率,结合悬臂的高阶谐振特性,研制了基于高阶谐振悬臂的轻敲式动态原子力显微镜,可实现对微观表面的测量,并且明显改善了动态原子力显微镜系统的测量灵敏度、测量速度等测量特性。

亚纳米精度长度溯源计量型动态模式原子力显微镜

通过与长度溯源三轴激光干涉仪测量系统结合,设计开发计量型动态模式原子力显微镜(AFM)。此AFM系统中,三轴激光干涉仪系统用于实时测量AFM测头与试样的相对位移。激光干涉仪系统的x,y,z测量轴正交于AFM探针顶端附近的一点,基本可以避免系统的阿贝误差,使AFM具有极高的测量精度。除此之外,扫描过程中三轴激光干涉仪系统还用于工作台x,y方向位移的反馈控制,完全克服AFM中压电器件的缺陷对水平尺寸测量的影响。分析表明.在对纳米标准栅的平均栅距测量中,AFM系统达到亚纳米的测量精度。

高灵敏度开尔文探针力显微镜测量方法及其研究现状

开尔文探针力显微镜(KPFM)不仅能够表征多种平整材料的表面形貌,还能对材料表面电势进行纳米级的成像。简单介绍了KPFM的基本工作原理与接触电势差(CPD)的概念,并介绍了幅度调制模式KPFM(AM-KPFM)、频率调制模式KPFM(FM-KPFM)与外差幅度调制模式(HAM-KPFM)这三种重要测量方法及其应用。系统综述了KPFM的国内外应用研究现状,详细介绍了其在金属纳米结构、半导体纳米结构表征方面的超高灵敏度与分辨率,总结了其在多种领域电特性表征中的广泛应用。最后对不同工作模式的KPFM进行了对比总结,展望了KPFM的未来发展。

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。