基于afm探针轨迹及工作台运动结合的纳米加工技术研究

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1、硕士学位论文基于AFM探针轨迹及工作台运动结合的纳米加工技术研究STUDYONTHENANOFABRICATIONTECHNIQUEVIATHECOMBINATIONOFTHEAFM-BASEDNANOSCRATCHINGANDTHEHIGH-PRECITIONSTAGEMOVING于博文哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH161+.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于AFM探针轨迹及工作台运动结合的纳米加工技术研究（应用型）硕士研究生：于博文导师：胡振江副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：

2、2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH161+.1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineering（Applied）STUDYONTHENANOFABRICATIONTECHNIQUEVIATHECOMBINATIONOFTHEAFM-BASEDNANOSCRATCHINGANDTHEHIGH-PRECITIONSTAGEMOVINGCandidate：BowenYuSupervisor：Prof.ZhenjiangHuAcademicDegreeAppliedfor：Maste

3、rofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要基于原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，AFM）的纳米机械刻划加工技术已经成为加工纳米结构的有效方法之一，随着纳米技术的发展，复杂微纳结构的制造已经成为一个研究热点。本课题针对AFM探针

4、纳米加工技术中存在的加工结构一致性差和复杂程度低等问题进行研究，将AFM探针轨迹运动与工作台运动相结合，提出了提高AFM探针纳米机械刻划加工效率、加工结构复杂性和一致性的新方法，并通过实验验证了方法的可行性。首先，针对AFM探针在不同刻划方向加工结构的深度和质量一致性差的问题，对原有AFM系统进行改造并引入精密气浮主轴和手动二维调整台，设计一种探针相同刻划方向加工纳米单线和纳米通道结构的方法，从而提高了加工结构深度和质量的一致性。其次，通过对AFM系统开源程序的扩展利用，改变AFM探针运动轨迹，研究探针与高精度运动平台的复合运动关系，提出了依靠探针轨迹运动加工复杂微阶梯结构

5、的新方法，最终提高了结构的复杂性和加工效率。最后，通过对AFM探针往复运动的速度控制，同时配合高精度运动平台的匀速运动，改变AFM加工过程中的进给量，实现三维复杂结构加工的新工艺。因此，通过改变AFM探针轨迹和扫描速度，并配合高精度平台的运动解决了微纳结构加工效率、结构一致性和复杂性的问题。关键词：原子力显微镜；纳米机械刻划；微纳米结构-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAFMtip-basednanoscratchinghasbeenoneofthemosteffectiveapproachesforfabricatingnanostructures.Be

6、causeofthedevelopmentofnanotechnology,fabricationofcomplexnanostructureshasbeenofactiveresearchamongscholarsallaroundtheworld.Throughtheexperimentalverification,thefeasibility,lowcostandeffectivenessofthesetechniquesarepresented.Inthispaper,weinvestigatedtheproblemsoftheconsistencyandcompl

7、exityoffabricatedstructures.First,toobtaintheconsistentmachiningdepthandquality,anoveldirection-identicalscratchingmethodformachiningnanostructuresviaamodifiedAFMprobe-basedmachiningsystemisproposed.ThemodifiedAFMsystemincludedanair-bearingspindleforguaranteei