AFM扫描过程的模拟及针尖形状反求

纳米栅格和台阶等结构的线宽准确测量,是国内外计量领域的研究热点与难点。采用原子力显微镜(AFM)能获得上述结构的三维形貌信息,但其扫描图像却是探针针尖的形貌和被测样品表面的形貌共同作用的结果,这种作用往往导致线宽边缘测量失真。为了更加精确地获得样品的表面形貌特征,首先需要重建探针针尖形貌,进而从得到的扫描图像中尽可能地消除由探针形貌带来的失真影响。基于数学形态学的盲重建理论,利用Matlab对不同形状参数的探针针尖扫描台阶样品表面进行了仿真,评价了探针形状对扫描结果的影响,初步实现了基于真实粗糙测量表面的探针针尖形状重建。

基于原子力显微镜的线宽粗糙度测量

给出采用原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)测量线宽粗糙度(Line width roughness,LWR)的分析步骤。分析线宽和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度变化的关系,线宽及其偏差和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度值增加而减小。分别采用四种边缘提取算子提取了碳纳米管针尖AFM测量的刻线顶部线宽边缘,计算了刻线顶部线宽和LWR,顶部线宽和LWR测量结果对边缘提取算子不敏感。结合被测单晶硅台阶的顶表面和底表面加工方法,提出采用各扫描线轮廓高度相等的方法校正AFM压电驱动器的z向非线性。比较了采用普通氮化硅探针针尖、超尖针尖以及碳纳米管针尖AFM测量名义线宽为1000 nm刻线LWR的结果,显示采用三种针尖的LWR测量结果存在差异,但考虑到AFM分辨率,可认为测量结果基本相同。因此,为更精确描述刻线边缘,必须提高AFM分辨率。

双层鞘气聚焦对气溶胶喷印粉末汇聚特性的影响

粉末气溶胶喷印(P-AJP)技术是通过载气携带金属纳米颗粒形成气溶胶,其依靠气体动能将金属纳米颗粒均匀、稳定地喷印沉积至基底上,形成导电线路。采用气固两相流理论,建立喷印头内外流场模型,并应用FLUENT软件中的离散相模型分析计算不同喷印头鞘气层锥角和鞘气体积流量对粉末流场汇聚特性的影响。仿真结果表明,在送粉量一定的情况下,第一层鞘气层倾角为70°,第二鞘气层倾角为40°时粉末汇聚特性较好,粉末利用率较高。并以此角度模型为基础,通过模拟仿真和实验验证得出了第一层鞘气体积流量和第二层鞘气体积流量对粉末聚焦特性的变化趋势基本一致,喷印导线线宽及气溶胶颗粒轨迹线线宽都随着鞘气体积流量的增加而减小,其证明了模型的合理性和可靠性,为后续粉末气溶胶喷印中喷印头的结构设计和优化提供了参考。

气溶胶喷射打印系统成形宽度影响因素分析

在分析气溶胶喷射打印技术工作原理的基础上,利用商用压电陶瓷雾化片和自行设计制造的喷印头,构建出由气溶胶喷射打印装置、温度控制装置和运动控制装置3部分构成的气溶胶喷射打印系统。以纳米银导电油墨为对象,采用单参量对比实验分析法,研究鞘气流量、载气流量、喷嘴与衬底间距、打印速度、打印层数等因素对打印成形宽度的影响。结果表明:随着载气流量增大、层数增加,纳米银导电油墨沉积成形宽度增加;在实验参数范围内,载气流量和打印层数对成形线宽影响明显,且呈正相关;线宽随着鞘气流量的增大先减小后增大;喷嘴与衬底间距在1.5~4.5 mm范围内对线宽无明显影响;在喷嘴直径为200μm,鞘气流量为50 mL·min^-1,载气流量为3 mL·min^-1,喷嘴与衬底间距为3 mm,衬底移动速度为3 mm·s^-1,打印层数为6~8层,加热板温度为80℃时,可获得最小宽度为26μm,高度为7μm的均匀线条,这也是纳米银导电油墨喷射打印的最优工艺参数。

内禀硅晶格常数的22纳米线宽标准器研制

纳米线宽作为典型纳米几何特征参量之一,其量值准确性对于先进制造等领域尤为重要。随着纳米尺度向着极小尺寸发展,测量精度要求达到亚纳米级,这给纳米线宽的精确测量带来了新的挑战。2018年第26届国际计量大会提出使用硅{220}晶面间距作为米定义的复现方式,这为原子尺度纳米线宽计量技术提供了新的思路与方法。基于多层膜沉积技术制备了22 nm内禀硅晶格的线宽标准器,采用高分辨透射电子显微镜,以标准器中的硅晶格常数为标尺实现对纳米线宽的直接测量,测量不确定度优于1 nm。