表面纳米计量技术进展.pdfVIP

微纳制造技术应用研讨会 表面纳米计量技术进展 黄文浩陈宇航党学明 (中罄科学技术大学精簿秘被与致嚣系舍聪230026) educn Email：whuang@ustc 攘萋；表露缝米计量技术崔徽米积霸米工程孛其霄十分重要抟作南。档耩撵睾}显镦镜fs粼辞盘予哥辨获耀魏张 甚至原子级分辨率的三雏形貌特征，敞在计量领域已被，1。泛使用并有巨大的潜力。在过去的二十几萍中，已鼓 艘出各种理论和技术采敬善SPM的精度和稳定性，以便满足目益整长的袭面计量需求。在这篇综述论文中t 我们阐逮了糍这一赣域麴主要霹衰成巢，燕表露建模帮评馥参数，毫分辨鞠毒对赫稳建性测量，SPM簿慷解释 和表面重建，SPM误差，标定和纳米定位技术等。论文还对母后的发展趋势作了展望。 关键词：纳米计量扫插探针显微镜(SPMs) 于缝来缀麓至蘸子鬟绂足度熬溺量。SPM的超毫分辨率引起彳各个镀域辑究者静拯大兴趣。 在精密工狸领域中，人们致力于利用SPM来满足日益增长的高精度微结构计量需求”J。 在纳米计量领域，有几个燕要姆题必须引起注意。文中主要讨论基于SPM豹纳米计量 技术鲍5个基奉方蘸。 第一部分涉及液面评价与建模问题。表面形态评价和产品制造工嚣与质量控制紧密相 关。表面的擞结构也在很大程度上影晌其功能特性，所以表面的定量评价舆青非常熏蘩意义“J。 第二部分讨论SPM撩锌帮样晶之闯鲍相对位移所雩l莛躺漂移。当扫描蓬器较大对，需 要一段扫描时间。而且是用SPM仪器进行单分子操纵时，即要求SPM长时间对准一个指定 位置时，漂移的影响就不容忽视。漂移鲍减小和补偿主要是基于扫描凰蒙的分析方法17-13]。 通过分析缃荔矢量释博立时变换，漂移斡速度帮方尚可敷精确确定，激减，j、漂移。弦们提出 根据测量图象用模檄匹配方法和莫尔条救方法确定漂移的速度和方向。在控制软件中对漂移 信号再进行反馈处理。就可以实现漂移的实时补髅¨”B]o 第兰个重要的蔺通是探}}帮样品的解耦，或者说是表蔼彤虢翡重建溺题¨如nj。在菲理想 条件下，SPM的探针不能探测到真实的裘面。由于SPM的基本工作原理就是近场揲测技术， 辫以SPM瓣扫描图象会和腺榉晶表面形貌之丹静许多其它信号相耦合。在表面计蹩中，图像 主要反映表面形貌，健在一些特殊情况下不能真寰艇映表面骺貌，甚至稽出柱反的结果。篱 言之，AFM图象是探针几何形状和样品表面形貌的耦合，而STM的扫描图象则反映了导电 粒针尖和榉鼎的电掌蛙覆。SNOM信号却明显地受剿照聪条{孛舶影响。掰班为了更磐地理躺 和表征扫描图象，进行表面形态重建就非常必要。 第四个方面是SPM仪器的误差和校准。由于压电扫描器分辨率高，响应迅速，所以大部 分骝M都采用压电扫搓器对搽锌和样品进行搬接式扫撼。但是，压电扫搓器也有诲多鬓毒缺 格，包括滞后，蠕变，老化和交叉串扰等，这些都影响了测量糟度。为了扩展SPM在纳米计 2003年中国机械工程学会年会 量中的应用范围，和校正这些失真，近来已经采用了许多离线和在线检测与补偿的方法。离 线方法的优点是速度快，操作简单，因为其精度差，会丢失表面信息，所以不适于表面计量。 在线方法精度高，但它需要配置额外的设备，使整个SPM装置复杂而昂贵。受在线校正方法 中反馈环路的影响，SPM扫描速度会有所下降。目前，各国家级大型实验室所开发的各种计 量型SPM都采用带有位移传感器的在线校正方法砣2州’。这些传感器一般都对操作环境要求 比较苛刻。用于样品表面进行定量表征的SPM需要定期地进行校准。 最后讨论纳米对准和纳米定位。提出一种利用二维零位光栅方法来获得高分辨率定 位Ⅲ4”。通过叠加一对特殊编码的二维光栅，可以以很高的分辨率和精度对准两块二维光栅 的位置。 致谢 Maria Gomez—Herrero博士和JoseGomez博士的合作 衷心感谢ArturoBaru教授，Julio 和帮助。本研究部分由中国的国家自然