基于PVDF振动梁的扫描探针测量与定位系统研究.pdf

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1、PVDF·-basedscanningprobebeamvibrationmeasurementandpositioningsystem2011年4月主席：委员：导师：蓣强舳仑目琶厕敬友■^，；，．，本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金壁王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：签字日期：年月日学位论文作者毕业后去向：工

2、作单位：通讯地址：翩獬：书孤允／、一签字日期：山lf年4月3口电话：邮编：日▲●；I系统测头的研制方面：介绍了基于PVDF振动梁改进型扫描测头的构成及其工作原理，并给出通过电化学研磨法得到的大长径比钨探针。通过设计扫频软件并以DDS函数信号发生器为被控源得到了振动梁的频谱图。通过实验测试了影响测头性能的各参数，如谐振频率、电信号幅值和品质因数等。信号处理电路的设计方面：根据测头输出信号的特点，研制了信号检测处理电路，并对电路进行了调试。实现信号前置放大、电压放大、真有效值转换和滤波等功能。纳米定位单元和控制软件的改进部分：改写了原有控制软件及测试程序，以满足系统

3、要求。介绍了由宏动控制和微动控制两部分构成的高速、高精度三维纳米定位装置，Z方向分辨率为O．05nm。系统性能的测试部分：通过测试获得测头灵敏度、系统分辨率、电压设定值、比例常数、积分常数等参数，其中灵敏度约5．4V／lam、分辨率约0．9nm。实现对光栅表面的三维形貌测量，并对SPM系统的重复性做出分析。实验结果表明，基于PVDF振动梁的扫描探针显微镜系统可以对试样实现高空间分辨率的表面形貌测量。关键词tPVDF振动梁；钨探针；三维形貌；振幅反馈；扫描探针显微镜^PVDF--basedscanningprobebeamvibrationmeasurementa

4、ndpositioningsystemABSTRACTWiththedevelopmentofmicro—semiconductordevicesandnanoscaledevices。demandforprecisionmeasurement，positioningtechnologyisincreasing．Therefore，nano-measurementandpositioningtechnologyhavebecomeoneoftheresearchhotspots．Inthispaper,ascanningprobemeasurementandpo

5、sitioningsystemwhichisbasedonPVDFmembraneisproposed．ThefollowingiSthemaincontentwhichhasbeeninvolved：InthestudyofSPMprobe：Theschematicconstructionandoperatingprincipleoftheimprovedscanningprobeareintroduced，andthelargeaspectratiooftungstenprobewhichisobtainedthroughelectrochemicalgri

6、ndingisprovided．Frequency。amplitudediagramofthevibrationbeamisgainedbyswept．frequencyexperiment，andDDSfunctiongeneratoriSusedasthecontrolsignal．Theseveralparametersofprobeareascertainedviaexperiments，suchasresonantfrequency,signalamplitudeandqualityfactor．Inthedesignofsignalprocessin

7、gandacquisition：Accordingtothecharacteristicsofoutputsignal，conditioningcircuitsaredesignedandtheadjustmentofthemhasbeencompleted．Somefunctionssuchaschargeddifferentialpreamplifier，voltageamplification，RMSdetectionconversionandfilteringareachieved．Inthenano-positioningunitsandtheimpr

8、ovementofcon