CN104062466A - 基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置及该装置的成像方法 - Google Patents
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Abstract
基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置及该装置的成像方法，涉及采用AFM对微纳米结构侧壁表面进行扫描成像的技术。它为了解决传统AFM很难实现对微纳米结构侧壁表面进行扫描成像的问题。本发明在原有的原子力显微镜的基础上增加了探针架，使探针能够绕X轴方向旋转，此外还增加了样品台在XZ扫描平面内的距离伺服控制程序，使样品台能够沿Y方向上接近探针针尖，并达到用户所设定的距离。本发明能够根据不同的样品选择合适的探针旋转角，在不破坏样品的前提下，实现对样品侧壁表面进行扫描成像和表征度，从而实现对不同的样品侧壁表面精确表征。本发明适用于微纳米结构表面表征，亦可用于微纳制造及测试领域。
Description
技术领域
本发明涉及采用原子力显微镜(AFM)对微纳米结构侧壁表面进行扫描成像的技术。
背景技术
对微纳米结构侧壁表面进行表征是检测微纳米结构加工性能的重要手段，如何实现对微纳米结构侧壁表面表征是提高微纳米结构检测技术的关键。传统的原子力显微镜(AFM)采用Top-Down方式观测样品表面形貌，这种操作方式能够有效地观测到微纳米结构中与基底面平行的表面及与基底面成小角度外斜表面的形貌，但对于微纳米结构中出现的与基底面成大锐角表面、垂直侧壁表面及大倾角内斜表面则很难实现对其进行有效的观测，即很难实现对微纳米结构大角度侧壁表面进行扫描成像、检测、分析和度量。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统原子力显微镜(AFM)很难实现对微纳米结构侧壁表面进行扫描成像的问题，提供一种基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置及该装置的成像方法。
本发明所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，包括原子力显微镜和探针架3，所述探针架3包括基座3-1和旋转臂3-3，旋转臂3-3设置在基座3-1上，且该旋转臂3-3能够绕其中心轴旋转，基座3-1用于将探针架3固定在原子力显微镜的探针手4上，原子力显微镜的探针固定在探针架3的旋转臂3-3上，且该探针的横截面为圆形或椭圆形。
所述的原子力显微镜包括光学显微镜、上位机11、激光力学子系统、探针手4、XY微米定位台5、XYZ纳米定位台6、样品台7和XYZ微米定位台9、探针控制器13、采集卡12、压电控制器8、一号切换器10和二号切换器14；
所述激光力学子系统用于测量探针与样品表面间的相互作用力信号或谐振信号，所述激光力学子系统包括激光器1和四象限位置检测器2；
所述XY微米定位台5固定在光学显微镜的底座上，所述底座为平板结构，XY平面与光学显微镜的底座平行，XYZ纳米定位台6固定在XY微米定位台5上，样品台7固定在XYZ纳米定位台6上，探针手4固定在所述XYZ微米定位台9上；
所述的激光力学子系统中，激光器1发出的激光入射到探针上，经所述探针反射后的激光入射至四象限位置检测器2的检测面上；
上位机11的XYZ微米控制信号输出端连接XYZ微米定位台9的控制信号输入端，上位机11的XY微米控制信号输出端连接XY微米定位台5的控制信号输入端，上位机11的X纳米控制信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的X控制信号输入端，上位机11的Y纳米控制信号输出端和探针控制器13的Y纳米控制信号输出端分别连接二号切换器14的两个信号输入端，该二号切换器14的信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的Y控制信号输入端，上位机11的Z纳米控制信号输出端和探针控制器13的Z纳米控制信号输出端分别连接一号切换器10的两个信号输入端，该一号切换器10的信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的Z控制信号输入端，探针控制器13的振动控制信号输出端连接探针手4的振动控制信号输入端，四象限位置检测器2的法向检测信号输出端同时连接探针控制器13的法向检测信号输入端和采集卡12的法向检测信号输入端，该四象限位置检测器2的侧向检测信号输出端和总检测信号输出端分别连接采集卡12的侧向检测信号输入端和总检测信号输入端，采集卡12的信号输出端连接上位机11的采集卡信号输入端。
所述的探针架3还包括传动装置3-2和旋钮，所述传动装置3-2设置在基座3-1与旋转臂3-3之间，旋钮用于调节传动装置3-2，进而带动旋转臂3-3转动。
上述基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法通过以下步骤实现：
步骤一、将待测样品底面固定在样品台7上，使待测样品的待成像侧壁表面与X轴平行，调整旋转臂3-3的角度，使探针的针尖朝向待成像侧壁表面；
步骤二、通过上位机11控制XYZ微米定位台9移动，同时结合光学显微镜的上下调焦系统，使探针位于光学显微镜的视场中心；
步骤三、调节激光力学子系统，使激光光斑位于探针的悬臂梁的前端中心，选择扫描模式，所述扫描模式为接触模式、轻敲模式或非接触模式；
步骤四、通过上位机11控制XY微米定位台5移动，使待测样品的待成像侧壁表面进入视场，并位于探针下方；
步骤五、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6移动，使探针的针尖与待测样品顶部表面接近；
步骤六、开启上位机11在Z方向的距离伺服控制，使XYZ纳米定位台6沿Z方向上接近探针针尖，并控制XYZ纳米定位台6和探针针尖在Z方向上的距离为用户设定的值；
步骤七、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6沿Y方向上移动，使待测样品侧壁表面接近探针针尖；
步骤八、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6沿Z方向移动，使待测样品的待成像侧壁表面沿Z方向上移至起始扫描位置；设置扫描区域和扫描步距；
步骤九、启动扫描过程：
通过上位机11控制XYZ纳米定位台6在X、Y、Z三个方向上移动，实现探针对待成像侧壁表面的扫描，并保存扫描数据，扫描结束后，XYZ纳米定位台6再沿Y方向移动，使探针的针尖与待成像侧壁表面分离。
本发明所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置在原有的原子力显微镜的基础上增加了探针架3，如图1所示，该探针架3位于探针手与探针之间。图2给出了探针架3的结构，该探针架3的旋转臂3-3能够旋转。图3给出了两平面的夹角的定义，由图4能够看出，传统探针安装方式，对待成像侧壁表面角度θ5的测量范围取决于所设定的扫描步距及待测表面倾斜程度，由图5能够看出，本发明的探针对待成像侧壁表面角度θ6的测量范围取决于探针的装载角度，本发明装置使得探针在YZ平面内不再局限于垂直光学显微镜的底座平面，而是可与该底面在-90°—90°范围内成任意角度。使用时，调节探针的旋转角度，使针尖朝向待测表面，利用探针对待测表面进行扫描成像，根据扫描数据即可对待测表面进行表征。本发明所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置突破了传统AFM探针装载方向固定的缺点，从而能够在不破坏样品的前提下，实现对样品侧壁表面进行扫描成像和表征；能够根据不同的样品选择合适的探针旋转角度，从而实现对不同的样品侧壁表面精确表征。本实施方式在微纳米结构表面表征、以及微纳制造、测试领域中具有更高的可用性和操作性，具有很高的实用价值。
上述装置的成像方法与传统的原子力显微镜扫描平面的方法相比，能够根据不同的待测表面来调整探针的旋转角度，实现对微纳米结构大角度侧壁表面进行扫描成像、检测、分析和度量，能够对含有深沟侧壁表面进行扫描成像；增加了样品台在XZ扫描平面内的距离伺服控制程序，使样品台能够沿Y正或Y负方向上接近探针针尖，并达到用户所设定的距离，实现对其距离伺服控制。本实施方式能够在不破坏样品的前提下，实现对样品侧壁表面进行扫描成像和表征；能够根据不同的样品选择合适的探针旋转角度，从而实现对不同的样品侧壁表面精确表征；与传统的AFM相比，在微纳米结构表面表征、以及微纳制造、测试领域中具有更高的可用性和操作性，具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本发明所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的原理框图；
图2为探针架系统的结构示意图；
图3为平面之间角度的定义；
图4为传统的原子力显微镜的探针安装方式对平面角度的测量范围；
图5为本发明所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置对平面角度的测量范围；
图6为实施方式六中，探针移动至待测样品的顶部表面的上方时，探针与待测样品的位置关系示意图；
图7为实施方式六中，Y方向上移动XYZ纳米定位台6，使针尖与待成像侧壁表面接近时，探针与待测样品的位置关系示意图；
图8为实施方式六中，Z方向上移动XYZ纳米定位台6，使针尖位于起始扫描位置时，探针与待测样品的位置关系示意图；
图9为实施方式六中，TGZ3待测样品的角度测量区域划分示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，包括原子力显微镜和探针架3，所述探针架3包括基座3-1和旋转臂3-3，旋转臂3-3设置在基座3-1上，且该旋转臂3-3能够绕其中心轴旋转，基座3-1用于将探针架3固定在原子力显微镜的探针手4上，原子力显微镜的探针固定在探针架3的旋转臂3-3上，且该探针的横截面为圆形或椭圆形。
本实施方式所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置在原有的原子力显微镜的基础上增加了探针架3，如图1所示，该探针架3位于探针手4与探针之间。图2给出了探针架3的结构，该探针架3的旋转臂3-3能够旋转。图3给出了两平面的夹角的定义，由图4能够看出，传统的探针安装方式，对待成像侧壁表面角度θ5的测量范围取决于扫描步距和待成像侧壁表面倾斜角度，由图5能够看出，本实施方式中的探针对待成像侧壁表面角度θ6的测量范围取决于探针的倾斜角度，本发明装置使得探针在YZ平面内不再局限于垂直光学显微镜的底座，而是可与底面在-90°—90°范围内成任意角度。使用时，调节探针的旋转角度，使针尖朝向待测表面，利用探针对待测表面进行扫描成像，根据扫描数据即可对待测表面进行表征。所述的探针选用特殊的玻璃纤维探针，其针尖长度可达500um，悬臂梁长大致在300-1000um范围内，使得该装置能进一步适用于对样品中出现的高深宽比侧壁表面扫描成像。
本实施方式所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，突破了传统AFM探针装载方向固定的缺点，从而能够在不破坏样品的前提下，实现对样品侧壁表面进行扫描成像和表征；能够根据不同的样品选择合适的探针旋转角度，从而实现对不同的样品侧壁表面精确表征。本实施方式在微纳米结构表面表征、以及微纳制造、测试领域中具有更高的可用性和操作性，具有很高的实用价值。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的进一步限定，本实施方式中，所述的原子力显微镜包括光学显微镜、上位机11、激光力学子系统、探针手4、XY微米定位台5、XYZ纳米定位台6、样品台7和XYZ微米定位台9、探针控制器13、采集卡12、压电控制器8、一号切换器10和二号切换器14；
所述激光力学子系统用于测量探针与样品表面间的相互作用力信号或谐振信号，所述激光力学子系统包括激光器1和四象限位置检测器2；
所述XY微米定位台5固定在光学显微镜的底座上，所述底座为平板结构，XY平面与光学显微镜的底座平行，XYZ纳米定位台6固定在XY微米定位台5上，样品台7固定在XYZ纳米定位台6上，探针手4固定在所述XYZ微米定位台9上；
所述的激光力学子系统中，激光器1发出的激光入射到探针上，经所述探针反射后的激光入射至四象限位置检测器2的检测面上；
上位机11的XYZ微米控制信号输出端连接XYZ微米定位台9的控制信号输入端，上位机11的XY微米控制信号输出端连接XY微米定位台5的控制信号输入端，上位机11的X纳米控制信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的X控制信号输入端，上位机11的Y纳米控制信号输出端和探针控制器13的Y纳米控制信号输出端分别连接二号切换器14的两个信号输入端，该二号切换器14的信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的Y控制信号输入端，上位机11的Z纳米控制信号输出端和探针控制器13的Z纳米控制信号输出端分别连接一号切换器10的两个信号输入端，该一号切换器10的信号输出端通过压电控制器8连接XYZ纳米定位台6的Z控制信号输入端，探针控制器13的振动控制信号输出端连接探针手4的振动控制信号输入端，四象限位置检测器2的法向检测信号输出端同时连接探针控制器13的法向检测信号输入端和采集卡12的法向检测信号输入端，该四象限位置检测器2的侧向检测信号输出端和总检测信号输出端分别连接采集卡12的侧向检测信号输入端和总检测信号输入端，采集卡12的信号输出端连接上位机11的采集卡信号输入端。
如图1所示，通过上位机11与探针控制器13对XY微米定位台5、XYZ纳米定位台6和XYZ微米定位台9的控制，能够实现对待测表面进行图像扫描。探针控制器13采集四象限位置检测器2的法向信号，该法向信号的带宽能够达到5MHz，根据该信号控制XYZ纳米定位台6在Y、Z方向移动，对XYZ纳米定位台6在Y、Z方向的位置控制更加精确。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的进一步限定，本实施方式中，所述的探针架3还包括传动装置3-2和旋钮，所述传动装置3-2设置在基座3-1与旋转臂3-3之间，旋钮用于调节传动装置3-2，进而带动旋转臂3-3转动。
本实施方式中，基座3-1与旋转臂3-3之间增加了传动装置3-2和相应的调节旋钮。在探针架3的表面标有角度，通过转动调节旋钮来调节传动装置3-2，进而调节旋转臂3-3的角度，以此带动旋转臂3-3前端的探针转动，使探针角度的调节更加精确。
具体实施方式四：本实施方式是对实施方式一所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的进一步限定，本实施方式中，所述的传动装置3-2通过齿轮传动实现。
具体实施方式五：本实施方式是对实施方式一所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的进一步限定，本实施方式中，所述的探针控制器13采用OC4探针动态控制器实现。
OC4探针动态控制器采集的信号带宽能够达到5MHz，使控制更加稳定。
具体实施方式六：结合图6至图9说明本实施方式，本实施方式是实施方式二所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤一、将待测样品底面固定在样品台7上，使待测样品的待成像侧壁表面与X轴平行，调整旋转臂3-3的角度，使探针的针尖朝向待成像侧壁表面；
步骤二、通过上位机11控制XYZ微米定位台9移动，同时结合光学显微镜的上下调焦系统，使探针位于光学显微镜的视场中心；
步骤三、调节激光力学子系统，使激光光斑位于探针的悬臂梁的前端中心，选择扫描模式，所述扫描模式为接触模式、轻敲模式或非接触模式；
步骤四、通过上位机11控制XY微米定位台5移动，使待测样品的待成像侧壁表面进入视场，并位于探针下方；
步骤五、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6移动，使探针的针尖与待测样品顶部表面接近；
步骤六、开启上位机11在Z方向的距离伺服控制，使XYZ纳米定位台6沿Z方向上接近探针针尖，并控制XYZ纳米定位台6和探针针尖在Z方向上的距离为用户设定的值；
步骤七、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6沿Y方向上移动，使待测样品侧壁表面接近探针针尖；
步骤八、通过上位机11控制XYZ纳米定位台6沿Z方向移动，使待测样品的待成像侧壁表面沿Z方向上移至起始扫描位置；设置扫描区域和扫描步距；
步骤九、启动扫描过程：
通过上位机11控制XYZ纳米定位台6在X、Y、Z三个方向上移动，实现探针对待成像侧壁表面的扫描，并保存扫描数据，扫描结束后，XYZ纳米定位台6再沿Y方向移动，使探针的针尖与待成像侧壁表面分离。
图6至图8给出了对待测表面进行扫描的主要流程。首先将待测样品顶面表面移至探针下方，并开启XYZ纳米定位台6Z方向上的距离伺服控制，使探针针尖与待测表面的距离为用户设置的距离，如图6所示；然后在Y方向上移动待测样品，使待测侧壁表面与探针针尖接近，如图7所示；最后将待测样品向上移动，使针尖位于起始扫描位置，如图8所示，开启扫描。
以TGZ3纳米光栅为例，对其左右两侧壁分别进行扫描成像。该纳米光栅的待测表面的区域划分情况如图9所示，测量结果如表1所示。
表1TGZ3纳米光栅的表面测量结果
| 区域段 | 左侧壁表面(°) | 右侧壁表面(°) |
| 0-3/4 | 85.087±0.742 | 85.203±0.721 |
| 0-2/3 | 85.137±0.774 | 85.170±0.760 |
| 0-1/2 | 85.428±0.834 | 85.169±0.815 |
| 0-1/3 | 86.461±0.808 | 85.665±0.834 |
| 0-1/4 | 86.731±0.897 | 85.961±0.833 |
| 3/4-1 | 74.847±1.116 | 72.016±0.968 |
| 1/2-3/4 | 85.943±0.883 | 86.078±0.863 |
| 1/4-1/2 | 84.529±0.824 | 84.90±0.759 |
本实施方式与传统的原子力显微镜扫描平面的方法相比，能够根据不同的待测表面来调整探针的旋转角度，实现对微纳米结构大角度侧壁表面进行扫描成像、检测、分析和度量，能够对深沟侧壁表面进行扫描成像；增加了样品台在XZ扫描平面内的距离伺服控制程序，使样品台能够沿Y正和Y负方向上接近探针针尖，并达到用户所设定的距离，实现对其距离伺服控制。本实施方式能够在不破坏样品的前提下，实现对样品侧壁表面进行扫描成像和表征；能够根据不同的样品选择合适的探针旋转角度，从而实现对不同的样品侧壁表面精确表征；与传统的AFM相比，在微纳米结构表面表征、以及微纳制造、测试领域中具有更高的可用性和操作性，具有很高的实用价值。
具体实施方式七：本实施方式是对实施方式六所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法的进一步限定：步骤二中，上位机11控制XYZ微米定位台9移动的方法为：用户通过上位机11输入XYZ微米定位台9在X、Y和Z三个方向上要移动的距离参数，该参数即为XYZ微米定位台9的控制信号，上位机11将该控制信号发送给XYZ微米定位台9，XYZ微米定位台9按照上述参数移动。
具体实施方式八：本实施方式是对实施方式六所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法的进一步限定，本实施方式中，上位机11控制XYZ纳米定位台6移动的方法为：用户通过上位机11输入XYZ纳米定位台6要移动的距离参数，该参数即为XYZ纳米定位台6的控制信号，该控制信号包括X方向控制信号、Y方向控制信号和Z方向控制信号，所述X方向控制信号由上位机11发送给XYZ纳米定位台6，当选择距离伺服控制方向为Y方向，且扫描模式为接触模式时，Y方向控制信号由上位机11通过二号切换器14发送给XYZ纳米定位台6，当扫描模式为轻敲模式或非接触模式时，所述Y方向控制信号由上位机11通过探针控制器13和二号切换器14发送给XYZ纳米定位台6，XYZ纳米定位台6按照上述参数移动。当选择距离伺服控制方向为Z方向，且扫描模式为接触模式时，Z方向控制信号由上位机11通过一号切换器10发送给XYZ纳米定位台6，当扫描模式为轻敲模式或非接触模式时，所述Z方向控制信号由上位机11通过探针控制器13和一号切换器10发送给XYZ纳米定位台6，XYZ纳米定位台6按照上述参数移动。
具体实施方式九：本实施方式是对实施方式六所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法的进一步限定：扫描过程中，探针控制器13根据四象限位置检测器2检测的信号向执行扫描过程的探针手4发送振动控制信号，探针手4在振动控制信号的作用下带动探针振动，四象限位置检测器2检测到的信号包括法向信号、侧向信号和总信号，四象限位置检测器2将法向信号同时发送至探针控制器13和采集卡12、将侧向信号和总信号发送至采集卡12，上位机11或探针控制器13对法向信号进行处理并发送Z或Y方向的控制信号给XYZ纳米定位台6。
Claims (9)
1.基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，包括原子力显微镜，其特征在于：它还包括探针架(3)，所述探针架(3)包括基座(3-1)和旋转臂(3-3)，旋转臂(3-3)设置在基座(3-1)上，且该旋转臂(3-3)能够绕其中心轴旋转，基座(3-1)用于将探针架(3)固定在原子力显微镜的探针手(4)上，原子力显微镜的探针固定在探针架(3)的旋转臂(3-3)上，且该探针的横截面为圆形或椭圆形。
2.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，其特征在于：所述的原子力显微镜包括光学显微镜、上位机(11)、激光力学子系统、探针手(4)、XY微米定位台(5)、XYZ纳米定位台(6)、样品台(7)和XYZ微米定位台(9)、探针控制器(13)、采集卡(12)、压电控制器(8)、一号切换器(10)和二号切换器(14)；
所述激光力学子系统用于测量探针与样品表面间的相互作用力信号或谐振信号，所述激光力学子系统包括激光器(1)和四象限位置检测器(2)；
所述XY微米定位台(5)固定在光学显微镜的底座上，所述底座为平板结构，XY平面与光学显微镜的底座平行，XYZ纳米定位台(6)固定在XY微米定位台(5)上，样品台(7)固定在XYZ纳米定位台(6)上，探针手(4)固定在所述XYZ微米定位台(9)上；
所述的激光力学子系统中，激光器(1)发出的激光入射到探针上，经所述探针反射后的激光入射至四象限位置检测器(2)的检测面上；
上位机(11)的XYZ微米控制信号输出端连接XYZ微米定位台(9)的控制信号输入端，上位机(11)的XY微米控制信号输出端连接XY微米定位台(5)的控制信号输入端，上位机(11)的X纳米控制信号输出端通过压电控制器(8)连接XYZ纳米定位台(6)的X控制信号输入端，上位机(11)的Y纳米控制信号输出端和探针控制器(13)的Y纳米控制信号输出端分别连接二号切换器(14)的两个信号输入端，该二号切换器(14)的信号输出端通过压电控制器(8)连接XYZ纳米定位台(6)的Y控制信号输入端，上位机(11)的Z纳米控制信号输出端和探针控制器(13)的Z纳米控制信号输出端分别连接一号切换器(10)的两个信号输入端，该一号切换器(10)的信号输出端通过压电控制器(8)连接XYZ纳米定位台(6)的Z控制信号输入端，探针控制器(13)的振动控制信号输出端连接探针手(4)的振动控制信号输入端，四象限位置检测器(2)的法向检测信号输出端同时连接探针控制器(13)的法向检测信号输入端和采集卡(12)的法向检测信号输入端，该四象限位置检测器(2)的侧向检测信号输出端和总检测信号输出端分别连接采集卡(12)的侧向检测信号输入端和总检测信号输入端，采集卡(12)的信号输出端连接上位机(11)的采集卡信号输入端。
3.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，其特征在于：所述的探针架(3)还包括传动装置(3-2)和旋钮，所述传动装置(3-2)设置在基座(3-1)与旋转臂(3-3)之间，旋钮用于调节传动装置(3-2)，进而带动旋转臂(3-3)转动。
4.根据权利要求3所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，其特征在于：所述的传动装置(3-2)通过齿轮传动实现。
5.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置，其特征在于：所述的探针控制器(13)采用OC4探针动态控制器实现。
6.权利要求2所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤一、将待测样品底面固定在样品台(7)上，使待测样品的待成像侧壁表面与X轴平行，调整旋转臂(3-3)的角度，使探针的针尖朝向待成像侧壁表面；
步骤二、通过上位机(11)控制XYZ微米定位台(9)移动，同时结合光学显微镜的上下调焦系统，使探针位于光学显微镜的视场中心；
步骤三、调节激光力学子系统，使激光光斑位于探针的悬臂梁的前端中心，选择扫描模式，所述扫描模式为接触模式、轻敲模式或非接触模式；
步骤四、通过上位机(11)控制XY微米定位台(5)移动，使待测样品的待成像侧壁表面进入视场，并位于探针下方；
步骤五、通过上位机(11)控制XYZ纳米定位台(6)移动，使探针的针尖与待测样品顶部表面接近；
步骤六、开启上位机(11)在Z方向的距离伺服控制，使XYZ纳米定位台(6)沿Z方向上接近探针针尖，并控制XYZ纳米定位台(6)和探针针尖在Z方向上的距离为用户设定的值；
步骤七、通过上位机(11)控制XYZ纳米定位台(6)沿Y方向上移动，使待测样品侧壁表面接近探针针尖；
步骤八、通过上位机(11)控制XYZ纳米定位台(6)沿Z方向移动，使待测样品的待成像侧壁表面沿Z方向上移至起始扫描位置；设置扫描区域和扫描步距；
步骤九、启动扫描过程：
通过上位机(11)控制XYZ纳米定位台(6)在X、Y、Z三个方向上移动，实现探针对待成像侧壁表面的扫描，并保存扫描数据，扫描结束后，XYZ纳米定位台(6)再沿Y方向移动，使探针的针尖与待成像侧壁表面分离。
7.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法，其特征在于：步骤二中，上位机(11)控制XYZ微米定位台(9)移动的方法为：用户通过上位机(11)输入XYZ微米定位台(9)在X、Y和Z三个方向上要移动的距离参数，该参数即为XYZ微米定位台(9)的控制信号，上位机(11)将该控制信号发送给XYZ微米定位台(9)，XYZ微米定位台(9)按照上述参数移动。
8.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法，其特征在于，上位机(11)控制XYZ纳米定位台(6)移动的方法为：用户通过上位机(11)输入XYZ纳米定位台(6)要移动的距离参数，该参数即为XYZ纳米定位台(6)的控制信号，该控制信号包括X方向控制信号、Y方向控制信号和Z方向控制信号，所述X方向控制信号由上位机(11)发送给XYZ纳米定位台(6)，当选择距离伺服控制方向为Y方向，且扫描模式为接触模式时，Y方向控制信号由上位机(11)通过二号切换器(14)发送给XYZ纳米定位台(6)，当扫描模式为轻敲模式或非接触模式时，所述Y方向控制信号由上位机(11)通过探针控制器(13)和二号切换器(14)发送给XYZ纳米定位台(6)，XYZ纳米定位台(6)按照上述参数移动。当选择距离伺服控制方向为Z方向，且扫描模式为接触模式时，Z方向控制信号由上位机(11)通过一号切换器(10)发送给XYZ纳米定位台(6)，当扫描模式为轻敲模式或非接触模式时，所述Z方向控制信号由上位机(11)通过探针控制器(13)和一号切换器(10)发送给XYZ纳米定位台(6)，XYZ纳米定位台(6)按照上述参数移动。
9.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜的微纳米结构侧壁表面成像装置的成像方法，其特征在于：扫描过程中，探针控制器(13)根据四象限位置检测器(2)检测的信号向执行扫描过程的探针手(4)发送振动控制信号，探针手(4)在振动控制信号的作用下带动探针振动，四象限位置检测器(2)检测到的信号包括法向信号、侧向信号和总信号，四象限位置检测器(2)将法向信号同时发送至探针控制器(13)和采集卡(12)、将侧向信号和总信号发送至采集卡(12)，上位机(11)或探针控制器(13)对法向信号进行处理并发送Z或Y方向的控制信号给XYZ纳米定位台(6)。
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104502634A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 探针伺服角度控制方法及控制模块、基于该控制模块的成像系统及该系统的成像方法 |
| CN105467160A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-04-06 | 江南大学 | 一种射频探针原子力显微镜系统 |
| CN105527463A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-04-27 | 江南大学 | 一种射频原子力显微镜扫描探针及其制备方法 |
| CN105572424A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-11 | 合肥工业大学 | 一种鉴别铝氧化膜被钎剂破坏情况的方法 |
| WO2016110198A1 (zh) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | 史拓莱姆有限公司 | 检测装置 |
| CN108168932A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-15 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 精确定点切片系统及方法 |
| CN108241075A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-03 | 吉林大学 | 一种在气相环境中进行单分子力谱测试的方法 |
| CN108760485A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-06 | 天津大学 | 一种用于微纳米尺度物质物理特性检测的设备 |
| CN109799369A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-24 | 南昌大学 | 原子力显微镜外接设备多参数原位测量系统及测量方法 |
| CN109870593A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种原子力显微镜中激励探针振动的方法 |
| CN110068707A (zh) * | 2018-01-24 | 2019-07-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于二维反馈控制的afm三维测量方法 |
| CN112394199A (zh) * | 2019-08-16 | 2021-02-23 | 长鑫存储技术有限公司 | 原子力显微镜及其测量方法 |
| CN112505360A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-16 | 天津大学 | 基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置与方法 |
| CN113588989A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 中国科学技术大学 | 扫描卡西米尔力显微镜及使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0402440B1 (en) * | 1988-12-19 | 1995-06-07 | Renishaw plc | Method of and apparatus for scanning the surface of a workpiece |
| CN1632515A (zh) * | 2003-12-23 | 2005-06-29 | 华中师范大学 | 多功能纳米研究开发平台 |
| CN102803893A (zh) * | 2009-06-04 | 2012-11-28 | 瑞尼斯豪公司 | 视觉测量探针和操作方法 |
| CN103412150A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-11-27 | 哈尔滨工业大学 | 双探针原子力显微镜及采用该显微镜实现纳米结构操作的方法 |
-
2014
- 2014-07-01 CN CN201410310642.1A patent/CN104062466A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0402440B1 (en) * | 1988-12-19 | 1995-06-07 | Renishaw plc | Method of and apparatus for scanning the surface of a workpiece |
| CN1632515A (zh) * | 2003-12-23 | 2005-06-29 | 华中师范大学 | 多功能纳米研究开发平台 |
| CN102803893A (zh) * | 2009-06-04 | 2012-11-28 | 瑞尼斯豪公司 | 视觉测量探针和操作方法 |
| CN103412150A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-11-27 | 哈尔滨工业大学 | 双探针原子力显微镜及采用该显微镜实现纳米结构操作的方法 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104502634B (zh) * | 2014-12-16 | 2017-03-22 | 哈尔滨工业大学 | 探针伺服角度控制方法及控制模块、基于该控制模块的成像系统及该系统的成像方法 |
| CN104502634A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 探针伺服角度控制方法及控制模块、基于该控制模块的成像系统及该系统的成像方法 |
| WO2016110198A1 (zh) * | 2015-01-07 | 2016-07-14 | 史拓莱姆有限公司 | 检测装置 |
| CN105572424A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-11 | 合肥工业大学 | 一种鉴别铝氧化膜被钎剂破坏情况的方法 |
| CN105572424B (zh) * | 2015-12-18 | 2019-01-11 | 合肥工业大学 | 一种鉴别铝氧化膜被钎剂破坏情况的方法 |
| CN105467160B (zh) * | 2016-01-18 | 2018-11-30 | 江南大学 | 一种射频探针原子力显微镜系统 |
| CN105467160A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-04-06 | 江南大学 | 一种射频探针原子力显微镜系统 |
| CN105527463A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-04-27 | 江南大学 | 一种射频原子力显微镜扫描探针及其制备方法 |
| CN109870593A (zh) * | 2017-12-01 | 2019-06-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种原子力显微镜中激励探针振动的方法 |
| CN108168932A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-15 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 精确定点切片系统及方法 |
| CN108241075A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-03 | 吉林大学 | 一种在气相环境中进行单分子力谱测试的方法 |
| CN110068707A (zh) * | 2018-01-24 | 2019-07-30 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于二维反馈控制的afm三维测量方法 |
| CN110068707B (zh) * | 2018-01-24 | 2021-08-10 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于二维反馈控制的afm三维测量方法 |
| CN108760485A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-11-06 | 天津大学 | 一种用于微纳米尺度物质物理特性检测的设备 |
| CN109799369A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-24 | 南昌大学 | 原子力显微镜外接设备多参数原位测量系统及测量方法 |
| CN112394199A (zh) * | 2019-08-16 | 2021-02-23 | 长鑫存储技术有限公司 | 原子力显微镜及其测量方法 |
| CN112505360A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-16 | 天津大学 | 基于原子力显微镜与机械切削的层析检测装置与方法 |
| CN113588989A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 中国科学技术大学 | 扫描卡西米尔力显微镜及使用方法 |
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