一种用于微米/纳米硬度测试的具有纳米分辨率的压痕成像系统(英文)

与包括原子力显微镜在内的其他压痕形貌测量方法相比,光学显微镜以其非接触、大测量范围及较快的测量速度等优点在硬度测试中应用广泛,但包括共焦显微镜在内的常规显微镜其分辨率,特别是纵向分辨率,一直不能满足要求.为此开发了一种沿光轴方向的具有纳米分辨率的压痕成像系统.该系统基于层析全场显微术,即在常规光学显微镜的基础上引入结构光照明,应用移相方法得到样品的三维形貌.成像系统样机的测量结果表明,系统的纵向分辨率可达2,nm,可以高精度地实现压痕的三维形貌测量,并量化揭示纳米压痕测试中常见的"坟起(pile-up)"及"沉入(sink-in)"现象.该系统有助于进一步研究显微及纳米硬度计量方法并降低计量的不确定度.

用改进的快速傅里叶变换法评估一维标准样板线节距数据

由于利用快速傅里叶变换(FFT)法定量测量标准样板的平均节距时会因为频谱分辨率Δf有限而在数据分析过程中丢失信息,故本文对常用的FFT法进行了改进。首先在FFT的频谱中得到最大振幅值对应的频率分量fmax,使用二分法缩小fmax附近的频率范围;然后利用连续傅里叶变换法寻找更大的振幅值与更精确的f′max以求得更接近真实值的线节距。为了验证该方法的可行性,利用Matlab软件仿真被测标准样板(TGD1)的轮廓图,比较了FFT与改进后的FFT对不同扫描长度下数据的评估结果,并展示了改进FFT法评估时部分数据的运算过程。同时,通过计量型原子力显微镜实测20μm×2μm内的TGD1形貌。两种评估法下的数据比对结果显示:改进FFT评估后的线节距为(277.84±0.39)nm,符合标称值(278±1)nm,验证了改进后FFT方法对线节距求解的准确性与合理性。

基于小波包络提取法的白光干涉测量系统

为实现对微纳尺寸器件的非接触、无损伤的场式测量,基于纳米测量机(NMM)搭建了白光干涉测头。对测量系统的横向、纵向测量范围及分辨率进行了研究。测量系统集成了Michelson显微干涉物镜,并通过NMM的高精度定位平台带动被测样品进行垂直扫描,使用CCD相机采集干涉图像,小波包络提取法提取干涉信号包络,定位相干峰位置以获取被测样品表面形貌。实验分别测试了44 nm的纳米级台阶及10μm的微米级台阶,同时测试墨盒薄膜上数字‘232’以验证系统测量微纳器件的能力。结果表明搭建的白光干涉系统结合小波包络提取法能够用于微纳尺寸器件高精度、快速的测量。

基于SPM与DIC技术的应变场测量改进方法

微纳米尺度下的应力/应变测量方法是实验力学研究的重要方向之一。现有的许多研究忽略了待测试件表面的散斑图质量、系统随机误差、计算流程等因素对最终的应变场测量精度的影响。围绕基于扫描探针显微镜的数据图像相关技术实现过程,提出科学的评估准则、优化位移场计算方法。实验结果表明,所提出的应变场计算方法在精度控制方面的性能得到显著提升。