石英音叉掃描探針顯微鏡

    石英音叉是一種諧振頻率穩定、品質因數高的時基器件,其音叉臂的諧振參數(諧振振幅和諧振頻率)對微力極其敏感。利用石英音叉對外力的敏感性,與鎢探針結合,構成一種新型的表面形貌掃描測頭。該測頭與xyz壓電工作臺結合,利用測頭音叉臂諧振頻率對掃描微力的敏感性,研制基于相位反饋控制的掃描探針顯微鏡。

     首先介紹石英音叉測頭的構成、工作原理和特性測試,以及由該測頭構建的掃描探針顯微鏡的結構和測試、分析。通過對測頭和系統的測試結果分析,系統達到1.2 nm的垂直分辨率,并通過對一維柵的測量,給出掃描獲得的試樣表面微觀形貌圖以及相位圖,證明系統的有效性。另外,由于采用大長徑比的鎢探針,該系統具有測量大深寬比微器件表面輪廓的能力。

      基于石英音叉剪切力模式的掃描探針顯微鏡系統的設計和實現。系統由基于PC104總線的工業主板、ATmega16電機控制模塊、高壓驅動模塊、數據采集和前置信號處理模塊組成,在TCP/IP和RS232通信協議的基礎上通過自定義上層通信協議完成各模塊之間的連接。由于采用了模塊化設計和工業化標準,該系統可穩定工作于工業現場,用于加工件表面質量的測量、集成電路缺陷檢測、材料瑕疵分析等。