基于原子力顯微鏡的納米加工技術(shù)及軟件系統(tǒng)研究.pdf

1、微納米加工是一種新興的現(xiàn)代科技制造加工技術(shù),廣泛的應(yīng)用于微電子器件,精密測量,納米材料制造等領(lǐng)域.它加工方式包括機(jī)械加工、化學(xué)腐蝕、能量束加工、掃描顯微術(shù)加工等.以SPM為基礎(chǔ)的掃描顯微術(shù)加工技術(shù),是隨著SPM家族的不斷繁衍而進(jìn)化出來的一種嶄新技術(shù),是一種現(xiàn)實(shí)而具有廣闊發(fā)展前景的加工手段.SPM具有原子級(jí)別的觀測能力,它不僅可以在各種環(huán)境下,對各種樣品進(jìn)行表面觀測,還能對樣品進(jìn)行原子級(jí)別的加工.國內(nèi)外許多研究機(jī)/和公司都以SPM為基礎(chǔ)開

2、發(fā)出了各種納米加工系統(tǒng),運(yùn)用它們制備出各種復(fù)雜而精細(xì)的納米結(jié)構(gòu),利用AFM、STM和SNOM等進(jìn)行各種材料的加工,范圍十分廣泛,生物分子,薄膜材料,其應(yīng)用前景看好,高密度存儲(chǔ),微納米器件等.這些儀器性能優(yōu)良,功能強(qiáng)大,不過同時(shí),其系統(tǒng)也大都操作復(fù)雜,而且成本高昂,需要大量的經(jīng)費(fèi)投入,后期維護(hù)成本負(fù)擔(dān)沉重.有鑒于此,本課題的主旨,在于提出一種新的有效而低成本的納米加工方法,并且實(shí)現(xiàn)這套系統(tǒng),使之能夠廣泛高效的應(yīng)用到科學(xué)研究中去.本文的研究

3、內(nèi)容和創(chuàng)新之處包括:在理論上對AFM的探針與樣品的接觸時(shí)相互作用的機(jī)理,以及原子之間的力的作用和機(jī)械形變,進(jìn)行深入的探討,并運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法對加工的過程進(jìn)行了模擬分析,建立了加工的力學(xué)模型.并且輔以實(shí)驗(yàn),研究了影響加工效果的各個(gè)因素之間的關(guān)系.提出了基于AFM的納米加工新方法.并對該方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)和計(jì)算,給出了納米加工的各個(gè)參數(shù)包括載荷、材料、微懸臂特性及掃描路徑與加工結(jié)果包括深度、寬度和加工效率之間的定性和定量關(guān)系.對于刻蝕加工

4、提出了新的載荷加載方法,并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng).使得系統(tǒng)在納米刻蝕時(shí),能夠在樣品表面施加不同的載荷,產(chǎn)生不同的加工效果.提出了新的掃描方式和路徑組織,并且實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng).重新對探針的掃描路徑進(jìn)行組織優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)探針的復(fù)雜行走,完成掃描和刻蝕,實(shí)現(xiàn)對樣品與微探針的間距控制,對于輸入的各種納米圖形進(jìn)行加工,設(shè)計(jì)納米加工的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)能夠順利的實(shí)現(xiàn)進(jìn)給,并且能調(diào)節(jié)針尖加在樣品表面的載荷,新設(shè)計(jì)了一個(gè)探頭,使之能夠更有效的進(jìn)行納米加