納米級線寬的精確測量一直是納米計(jì)量領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。集成電路的迅猛發(fā)展需要為線寬測量提供更高的精度。在眾多顯微鏡當(dāng)中,原子力顯微鏡被廣泛地用于納米范圍的線寬測量,然而其探頭尺寸和測量原理導(dǎo)致了線寬測量存在誤差。本文針對可以消除探針尺寸所帶來誤差的雙探針原子力顯微鏡進(jìn)行深入研究。雙探針原子力顯微鏡的關(guān)鍵是兩個(gè)探針在三個(gè)維度上的對準(zhǔn),為后面兩個(gè)探針掃描得到的線寬輪廓拼接提供基點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了應(yīng)用于雙探針對準(zhǔn)的位移臺,具體研究內(nèi)容如下:1、根據(jù)原子力顯微鏡的使用需求確定位移臺的設(shè)計(jì)指標(biāo)。探針的對準(zhǔn)要求位移臺的精度達(dá)到納米級,為了滿足對針需求采用柔性鉸鏈作為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),以壓電陶瓷來驅(qū)動(dòng)平臺,通過電容傳感器實(shí)現(xiàn)位移測量。探針的對準(zhǔn)要求位移臺在x、y與z方向上具有大行程,選取杠桿式位移放大機(jī)構(gòu)確保位移臺的行程。為保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計(jì)配套的針尖夾持機(jī)構(gòu)和預(yù)緊機(jī)構(gòu)。2、建立位移臺的理論模型,并計(jì)算得到平臺的工作剛度、耦合剛度、集中應(yīng)力、固有頻率的數(shù)學(xué)公式。根據(jù)位移性能分析結(jié)果,明確位移臺結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能的影響,根據(jù)對針需求確定位移臺的結(jié)構(gòu)參數(shù),通過有限元仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。3、針對壓電陶瓷存在的遲...

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 雙探針原子力顯微鏡線寬檢測裝置
    1.3 納米位移臺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究綜述
        1.3.2 柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模方法
        1.3.3 柔性直線機(jī)構(gòu)研究綜述
    1.4 論文研究目的和內(nèi)容安排
第2章 定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.1.1 影響柔性直線機(jī)構(gòu)位移的主要參數(shù)
        2.1.2 位移臺的結(jié)構(gòu)方案
    2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)
        2.2.1 柔性鉸鏈
        2.2.2 放大機(jī)構(gòu)
        2.2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
        2.2.4 預(yù)緊機(jī)構(gòu)
        2.2.5 針尖夾持機(jī)構(gòu)
    2.3 微位移驅(qū)動(dòng)器
    2.4 位移測量技術(shù)
    2.5 位移臺的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.6 本章小結(jié)
第3章 納米位移臺的性能分析
    3.1 杠桿機(jī)構(gòu)的建模與分析
        3.1.1 直梁型柔性鉸鏈柔度模型
        3.1.2 杠桿機(jī)構(gòu)建模
    3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的建模與分析
        3.2.1 位移臺耦合位移分析
        3.2.2 固有頻率分析
        3.2.3 集中應(yīng)力分析
    3.3 有限元仿真驗(yàn)證分析
    3.4 位移臺結(jié)構(gòu)參數(shù)選取
    3.5 本章小結(jié)
第4章 壓電陶瓷微位移實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器理論
        4.1.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移
        4.1.2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力
        4.1.3 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的力位移關(guān)系
    4.2 壓電陶瓷非線性誤差
        4.2.1 遲滯特性
        4.2.2 蠕變特性
    4.3 壓電陶瓷反饋控制
    4.4 本章小結(jié)
第5章 納米位移臺性能測試
    5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建
    5.2 系統(tǒng)測量對比實(shí)驗(yàn)
    5.3 性能測試實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 線性度實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)
        5.3.4 耦合位移實(shí)驗(yàn)
        5.3.5 分辨率實(shí)驗(yàn)
        5.3.6 x、z軸測量實(shí)驗(yàn)對比分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的相關(guān)研究成果
致謝



本文編號：3794313