小型自感应原子力显微镜测头及其标定

设计了一种小型轻敲式自感应原子力显微镜(AFM)测头以实现微/纳尺度下的几何量测量.轻敲式测头采用石英音叉式自感应探针,通过自身的电信号输出检测悬臂梁的振幅变化,无需额外的光学传感器.设计了测头的微弱自感应信号放大电路,并补偿音叉寄生电容对测量的干扰.机械结构紧凑便于将测头固定于光学显微镜下观察测量情况,同时屏蔽外界的干扰.利用显微激光多普勒测振系统,标定了测头机电耦合系数为145 nm/V,由此可以计算测头工作频率下悬臂梁的振幅.搭建了以纳米测量机(NMM)为高精度定位平台的测试系统,利用该系统对测头进行进/退针实验,标定测头的灵敏度为0.47 nm/mV,NMM内置的干涉仪保证标定直接溯源至"米"定义.实验表明测头的非线性误差小于1%,测量范围在百纳米级.

基于双反馈模式的大范围自感应AFM测量系统

为了提高原子力显微镜（AFM）的测量范围，设计了一种基于双反馈测量模式的大范围自感应原子力显微镜系统，测量系统中有两条反馈回路：一条反馈回路由压电陶瓷与AFM测头组成，动态响应较快的压电陶瓷位移台的运动量可以表征被测样品表面的高频信息；另一条反馈回路由压电陶瓷位移台和纳米测量机（NMM）的反馈控制器组成，利用压电陶瓷位移台的位移信号控制NMM运动，NMM的mm级=向测量范围使得被测样品较大变化范围的低频轮廓信息很容易地被表征出来。使用本系统对平面样品和一维栅格进行了测量实验，实验结果表明采用双反馈的测量模式的AFM测量系统能够有效地表征被测样品的低频轮廓信息和表面高频信息，测量范围能够达到mm级，纵向分辨率达到nm级，具有良好测量重复性。