發(fā)布時(shí)間：2020-05-25 17:32

【摘要】：原子力顯微鏡憑借其超高分辨率的觀測(cè)能力成為現(xiàn)代表面科學(xué)領(lǐng)域使用最廣泛的觀測(cè)、操作工具,在許多前沿研究領(lǐng)域具有應(yīng)用前景,不僅可以應(yīng)用于半導(dǎo)體、絕緣體等各種新型材料表面研究,還可以進(jìn)行表面原子/分子操作,推動(dòng)了原子器件的發(fā)展。在原子力顯微鏡系統(tǒng)中,探針振動(dòng)的微弱信號(hào)檢測(cè)是整個(gè)儀器的核心技術(shù),懸臂偏轉(zhuǎn)檢測(cè)傳感器的靈敏度成為原子力顯微鏡性能評(píng)估的重要的影響因素之一。目前原子力顯微鏡最常用的光偏轉(zhuǎn)微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)易于操作,但是其噪聲水平較光干涉方式還較高,而現(xiàn)在基于原子力顯微鏡的研究都要求超高的分辨率卻很少機(jī)構(gòu)去研究?jī)x器噪聲水平降低的方法�；诖吮疚倪M(jìn)行了光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化工作,具體研究如下:第一,深入研究了原子力顯微鏡的工作原理,分析了多種懸臂偏轉(zhuǎn)檢測(cè)方式的優(yōu)劣。對(duì)傳統(tǒng)光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)方式的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行研究,提出了提高靈敏度降低噪聲的新方法,并進(jìn)行了新型光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及配套的前置放大、濾波電路和運(yùn)算電路。第二,對(duì)新設(shè)計(jì)的光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行具體的測(cè)試。較傳統(tǒng)的光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng),我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)擁有更好的激光質(zhì)量,三維且易于調(diào)節(jié)的光路結(jié)構(gòu),并擁有能直觀的反映系統(tǒng)光路的對(duì)準(zhǔn)情況的功能。第三,利用所設(shè)計(jì)的光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行探針振動(dòng)的測(cè)試和系統(tǒng)噪聲的測(cè)定,得到探針的共振頻率及并擁有較高的品質(zhì)因數(shù),通過(guò)總噪聲的測(cè)定和熱噪聲的計(jì)算,得出并標(biāo)定了系統(tǒng)的噪聲水平,證明我們所設(shè)計(jì)的光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的高靈敏度低噪聲性能。第四,將所設(shè)計(jì)的光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用到自制超高真空室溫非接觸式原子力顯微鏡中進(jìn)行圖像分辨率測(cè)試,驗(yàn)證了系統(tǒng)測(cè)量探針與樣品之間電勢(shì)差和力譜的功能,補(bǔ)償了探針與樣品之間靜電力的影響,說(shuō)明了原子間相互作用力與距離之間的依賴(lài)關(guān)系。通過(guò)掃圖實(shí)驗(yàn)我們得到了Si(111)的表面臺(tái)階以及原子分辨率的表面形貌圖像,證明了我們所設(shè)計(jì)光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的高靈敏低噪聲性能及原子力顯微鏡圖像的原子分辨率。綜上所述,通過(guò)本研究設(shè)計(jì),提高了光偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度,降低了系統(tǒng)噪聲,提高了原子力顯微鏡系統(tǒng)的分辨率,為精密測(cè)量?jī)x器的自主研發(fā)開(kāi)拓了新的途徑,具有重要的理論研究意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

中北大學(xué)學(xué)位論文微弱信號(hào)檢測(cè)方式的比較中，，探針振動(dòng)的微弱信號(hào)檢測(cè)是整個(gè)儀器的核心技術(shù)，非接觸式原子力顯微鏡性能重要的影響因素之一，自 A偏轉(zhuǎn)檢測(cè)傳感器應(yīng)用于原子力顯微系統(tǒng)中，目前最常用極板檢測(cè)方式、壓阻檢測(cè)方式、壓電檢測(cè)方式[41]、光纖檢測(cè)方式[44,45]等幾種檢測(cè)方式。

圖 1.3 探針針尖三個(gè)方向受到的作用力分顯示上述兩種方法獲得的偏轉(zhuǎn)靈敏度限制中其偏轉(zhuǎn)噪聲密度仍然遠(yuǎn)高于光干涉檢測(cè)方式，必須考慮系統(tǒng)噪聲的降低，以保證超高分辨率的觀測(cè)能力成為材料表面形方式的原子力顯微鏡微弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)也成為原子力顯微系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中要研究的作為研究設(shè)計(jì)的指導(dǎo)理論進(jìn)行全面的論述計(jì)新型系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了信號(hào)檢測(cè)的前置放聲性能進(jìn)行測(cè)試標(biāo)定；最后在原子力顯微
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH742

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本文編號(hào)：2680501