仪器仪表学报
儀器儀錶學報
의기의표학보
CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT
2013年
12期
2647-2652
,共6页
黄强先%袁丹%尤焕杰%赵阳%程真英
黃彊先%袁丹%尤煥傑%趙暘%程真英
황강선%원단%우환걸%조양%정진영
硅悬臂%高阶谐振%动态AFM%最小可探测力梯度
硅懸臂%高階諧振%動態AFM%最小可探測力梯度
규현비%고계해진%동태AFM%최소가탐측력제도
silicon cantilever%higher-order resonance%dynamic atomic force microscope (AFM)%minimum detectable force gradient
为了提高动态原子力显微镜(AFM)的灵敏度、分辨率、扫描速度等,基于硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出一种利用硅悬臂高阶谐振而进行扫描测量的高阶谐振表面测量方法,并对相应动态AFM悬臂的高阶谐振特性进行了理论和实验研究.分析了高阶谐振悬臂的工作原理,给出了悬臂的振动方程和振型函数,从理论上证明了高阶谐振悬臂较其初级谐振模式具有更高灵敏度和更高空间分辨率;由于频率的提高,悬臂的动态测量性能明显改善.基于自制的轻敲式AFM,通过实验证实了高阶谐振现象的存在;实验测得的一阶二阶谐振悬臂的灵敏度,空间分辨率和最小可探测力梯度分别为8 V/μm,17 V/μm;1.33 nm,0.47 nm;1.80×10-7 N/m,0.54×10-7 N/m,实验结果与理论分析结论一致;通过二阶谐振扫描获得了光栅试样表面轮廓图,证明了该高阶谐振特性研究的正确性及利用高阶谐振特性进行扫描测量的可行性.
為瞭提高動態原子力顯微鏡(AFM)的靈敏度、分辨率、掃描速度等,基于硅懸臂器件具有多階諧振模態的特性,提齣一種利用硅懸臂高階諧振而進行掃描測量的高階諧振錶麵測量方法,併對相應動態AFM懸臂的高階諧振特性進行瞭理論和實驗研究.分析瞭高階諧振懸臂的工作原理,給齣瞭懸臂的振動方程和振型函數,從理論上證明瞭高階諧振懸臂較其初級諧振模式具有更高靈敏度和更高空間分辨率;由于頻率的提高,懸臂的動態測量性能明顯改善.基于自製的輕敲式AFM,通過實驗證實瞭高階諧振現象的存在;實驗測得的一階二階諧振懸臂的靈敏度,空間分辨率和最小可探測力梯度分彆為8 V/μm,17 V/μm;1.33 nm,0.47 nm;1.80×10-7 N/m,0.54×10-7 N/m,實驗結果與理論分析結論一緻;通過二階諧振掃描穫得瞭光柵試樣錶麵輪廓圖,證明瞭該高階諧振特性研究的正確性及利用高階諧振特性進行掃描測量的可行性.
위료제고동태원자력현미경(AFM)적령민도、분변솔、소묘속도등,기우규현비기건구유다계해진모태적특성,제출일충이용규현비고계해진이진행소묘측량적고계해진표면측량방법,병대상응동태AFM현비적고계해진특성진행료이론화실험연구.분석료고계해진현비적공작원리,급출료현비적진동방정화진형함수,종이론상증명료고계해진현비교기초급해진모식구유경고령민도화경고공간분변솔;유우빈솔적제고,현비적동태측량성능명현개선.기우자제적경고식AFM,통과실험증실료고계해진현상적존재;실험측득적일계이계해진현비적령민도,공간분변솔화최소가탐측력제도분별위8 V/μm,17 V/μm;1.33 nm,0.47 nm;1.80×10-7 N/m,0.54×10-7 N/m,실험결과여이론분석결론일치;통과이계해진소묘획득료광책시양표면륜곽도,증명료해고계해진특성연구적정학성급이용고계해진특성진행소묘측량적가행성.
