基于原子力顯微鏡的納米加工技術及軟件系統(tǒng)研究.pdf

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

2、發(fā)出了各種納米加工系統(tǒng),運用它們制備出各種復雜而精細的納米結構,利用AFM、STM和SNOM等進行各種材料的加工,范圍十分廣泛,生物分子,薄膜材料,其應用前景看好,高密度存儲,微納米器件等.這些儀器性能優(yōu)良,功能強大,不過同時,其系統(tǒng)也大都操作復雜,而且成本高昂,需要大量的經費投入,后期維護成本負擔沉重.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,并且實現這套系統(tǒng),使之能夠廣泛高效的應用到科學研究中去.本文的研究

3、內容和創(chuàng)新之處包括:在理論上對AFM的探針與樣品的接觸時相互作用的機理,以及原子之間的力的作用和機械形變,進行深入的探討,并運用分子動力學方法對加工的過程進行了模擬分析,建立了加工的力學模型.并且輔以實驗,研究了影響加工效果的各個因素之間的關系.提出了基于AFM的納米加工新方法.并對該方法進行了理論推導和計算,給出了納米加工的各個參數包括載荷、材料、微懸臂特性及掃描路徑與加工結果包括深度、寬度和加工效率之間的定性和定量關系.對于刻蝕加工

4、提出了新的載荷加載方法,并且設計了相應的系統(tǒng).使得系統(tǒng)在納米刻蝕時,能夠在樣品表面施加不同的載荷,產生不同的加工效果.提出了新的掃描方式和路徑組織,并且實現了相應的軟件系統(tǒng).重新對探針的掃描路徑進行組織優(yōu)化,實現探針的復雜行走,完成掃描和刻蝕,實現對樣品與微探針的間距控制,對于輸入的各種納米圖形進行加工,設計納米加工的進給機構和機構,使系統(tǒng)能夠順利的實現進給,并且能調節(jié)針尖加在樣品表面的載荷,新設計了一個探頭,使之能夠更有效的進行納米加