【摘要】：隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,各種具有微納尺度和精度的表面不斷出現(xiàn),如集成電路表面、光學(xué)表面和信息存儲(chǔ)表面等。微納表面質(zhì)量保證和制造工藝分析,有賴于準(zhǔn)確的微納表面形貌與結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器。目前已有掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)以及原子力顯微鏡(AFM)用于微納表面的觀測(cè),難以滿足微納表面的計(jì)量測(cè)試需要。研究開發(fā)具有計(jì)量意義的微納表面形貌與結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x器,具有必要性。本論文研究基于白光干涉的原子力探針掃描微納表面測(cè)量方法及關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)基于白光干涉的原子力探針掃描微納表面測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)微納表面的可溯源測(cè)量。主要研究?jī)?nèi)容如下:提出了基于梯度壓縮與Hilbert變換的白光干涉零級(jí)條紋穩(wěn)健準(zhǔn)確定位算法。針對(duì)原子力探針掃描測(cè)量過程中,探針懸臂表面的白光干涉信號(hào)存在畸變,導(dǎo)致常用的白光干涉零級(jí)條紋定位算法失效問題,提出并研究梯度壓縮算法對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行去畸變處理,進(jìn)一步采用Hilbert變換解相位來獲取零級(jí)條紋位置,有效保證了白光干涉零級(jí)條紋定位的穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性。建立了原子力探針懸臂彎曲及相應(yīng)的白光干涉零級(jí)條紋位置模型,提出了基于該模型結(jié)合激光干涉位移計(jì)量的原子力探針位移實(shí)時(shí)溯源標(biāo)定方法�；谠恿μ结橃o力學(xué)分析建立其探針位移、懸臂彎曲及白光干涉零級(jí)條紋位置關(guān)系模型,以此模型為基礎(chǔ),對(duì)高分辨激光干涉位移計(jì)量獲取的探針垂直位移及對(duì)應(yīng)的白光干涉零級(jí)條紋位置系列標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,獲得零級(jí)條紋位置與探針垂直位移之間的溯源標(biāo)定曲線。提出了一種基于Bouc-Wen模型進(jìn)行壓電陶瓷磁滯特性補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷工作臺(tái)快速掃描定位的方法。使用Bouc-Wen模型對(duì)壓電陶瓷預(yù)掃描獲取的逆磁滯數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,通過遺傳算法獲取模型參數(shù),得到Bouc-Wen逆磁滯補(bǔ)償模型,進(jìn)而基于該模型對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行開環(huán)前饋控制,實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷工作臺(tái)的準(zhǔn)確快速線性化掃描。建立了原子力探針的動(dòng)力學(xué)模型,提出了一種基于該模型實(shí)現(xiàn)測(cè)量參數(shù)優(yōu)化的掃描測(cè)量策略,以保證測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)健性。為避免原子力探針在掃描測(cè)量過程中與樣件表面分離,產(chǎn)生測(cè)量誤差的問題,通過建立原子力探針的動(dòng)力學(xué)模型,結(jié)合典型表面輪廓模型,數(shù)值仿真分析探針的彈性系數(shù)、等效質(zhì)量以及預(yù)壓量與臨界掃描速度的關(guān)系,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量中掃描速度和預(yù)壓量等測(cè)量參數(shù)優(yōu)化�；谝陨详P(guān)鍵技術(shù)研究成果,建構(gòu)了白光干涉原子力探針掃描微納表面測(cè)量?jī)x器系統(tǒng),通過系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了儀器的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性。儀器經(jīng)過中國計(jì)量科學(xué)研究院的測(cè)試及相關(guān)應(yīng)用,證明了其良好特性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74

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4 宋炳s

本文編號(hào)：2731533