一种基于改进型裙摆探针的三维原子力显微技术

摘要

针对微纳米结构的真三维形貌无损检测需求,研制了基于裙摆型针尖(Flared tip)的三维原子力显微镜(3D-AFM)。设计了一种高精度扫描平台结构,通过同时移动探针和样品实现快速伺服反馈,并利用组合式纳米定位台来保证位移的线性度和正交性。为了消除因AFM测头移动引起的信号偏差,设计了随动式光杠杆系统用于检测悬臂梁的形变量。此外,提出了一种基于商用裙摆探针的悬臂梁裁剪方法,可减小测量过程中针尖横向受力。将改进型探针安装到3D-AFM系统上,利用自适应矢量逼近扫描策略进行了多种样品的3D测量实验。实验结果表明,样机的垂直方向位移噪声(RMS)优于0.1 nm,高/宽测量重复性(峰峰值)优于2.5 nm。