测量薄膜微粗糙度的总积分散射仪

介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射（TIS）分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述，提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银（Ag）膜和氧化锆（ZrO2）薄膜进行了测量，并根据标量散射理论得到了表面均方根（RMS）粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜（AFM）分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度，并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明，根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮廓仪及原子力显微镜测量得到的表面均方根粗糙度符合得较好，相差在0．01～0．13nm范围内。     

应用原子力显微镜观测牙齿充填材料的表面结构

牙齿充填材料用作粘结剂并与口腔内液体相互作用时,它的表面结构和表面粗糙度都起着十分重要的作用,且牙齿充填材料的表面结构和表面粗糙度与牙菌斑的形成也有很大的关系。原子力显微镜具有很高的分辨率,可对样品的表面结构进行直接观测。本文利用原子力显微镜对牙齿充填材料的表面微观结构进行了观测和量化分析,得到了表征样品表面结构的原子力显微镜图像和样品表面的粗糙度等参数。     

抛光垫表面特性分析

研究抛光垫表面特性有利于了解和分析硅片化学机械抛光(CMP)材料的去除机理及优化抛光垫的微观结构.使用ZYGO 5022轮廓仪、SEM等仪器研究了IC1000/SubaIV平抛光垫表面粗糙度、表面组织结构、孔隙率、微孔深度及直径、抛光垫表面微凸峰分布形式及面积支承率,测量和计算的结果:抛光垫表面粗糙度为σP(RMS)=6.8μm,均方根粗糙度9.4μm,表面孔隙率为56%,平均孔径为36μm,平均孔深为20μm,平均孔距为43μm,微孔数量为550个/mm2,抛光垫表面微凸峰高度服从高斯分布.     

基于隧道电流检测方式的原子力显微镜纳米检测系统设计

原子力显微镜（AFM）是当前进行材料表面微观形貌观察及分析的强有力工具之一。本文主要介绍一种隧道显微镜（STM）检测方式的原子力显微镜纳米检测系统（AFM.IPC-208B）,该AFM系统设计是在STM.IPC-205B系统设计的基础上,采用隧道电流工作方式,将STM与AFM功能组合兼容。文章详细阐述了AFM.IPC-208B系统的设计原理、镜体、扫描控制以及数据采集。新设计的AFM.IPC-208B系统仍具有0.1nm的分辨率,检测范围为0～2mm×2mm,系统操作简易,工作效率高,与原STM.IPC-205B系统兼容,工作性能稳定可靠。     

大范围高分辨扫描隧道显微镜的研究

八十年代初问世的扫描隧道显微镜Scanning Tunneling Micrdscope(简称STM)是一种新型表面观测仪器。在三维空间都达到原子分辨率,对样品无任何破坏性以及可在超高真空、大气甚至液体中工作等独特优点使其在短短几年里得到了飞速发展并获得了广泛应用。。为进一步提高STM性能,扩大应用领域,本文将讨论一种大范围高分辨扫描隧道显微镜。分辨率和扫描范围是衡量STM性能的两个主要技术指标。目前绝大多数具有原子分辨率的STM,最大扫描范围局限在1微米左右,主要用于原子或纳米尺度下观察结构均匀的材料表面。但是,实际应用中存在的以下几个问题显露了现有STM扫描范围小的不足以及研制大范围高分辨STM的必要。第一、     

锑化铟抛光片表面粗糙度优化研究

锑化铟是中波红外探测应用较广的材料。抛光片的表面粗糙度是影响器件性能的关键指标。研究了锑化铟化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)液的pH值、氧化剂比例以及抛光液流速对锑化铟抛光片表面粗糙度的影响,并结合原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)和表面轮廓仪测试对抛光片的表面粗糙度进行了表征和优化。结果表明,当pH值为8、氧化剂比例为0.75%、抛光液流速为200 L/min时,InSb晶片的表面粗糙度为1.05 nm (AFM),同时晶片的抛光宏观质量较好。     

硅基氮化铝薄膜的AFM和XPS分析

在Si(111)基底上利用直流磁控溅射系统沉积氮化铝(AlN)薄膜,X-射线衍射分析薄膜结构和取向,原子力显微镜分析薄膜表面形貌,X-射线光电子能谱分析薄膜的元素化学价态和组分。结果表明,生长的AlN薄膜具有良好的(100)择优取向,其半峰宽为0.3°。薄膜表面粗糙度为0.23 nm,表面均方根粗糙度为0.30 nm,z轴方向最高突起约3.25 nm。薄膜表面组分为Al、N、O、C元素,其中C、O主要以物理吸附方式存在于薄膜表面,而Al、N元素的存在方式主要是Al—N化合物,深度剥蚀分析表明获得的AlN薄膜接近其化学计量比。     

原子力显微轮廓仪系统的研究

研制了原子力显微镜（AFM）轮廓仪,介绍了AFM轮廓仪的基本原理和系统设计,并展示了多孔Al2O3薄膜、MgAl2O4薄膜和TiN薄膜的表面轮廓图。跟普通光学轮廓仪相比,该系统不需要进行复杂的光路调整,避免了光学元器件带来的误差,且工作行程不受光学孔径的制约,具有操作简单、抗干扰能力强和工作行程大的优点。实验表明,该系统具有良好的重复性、稳定性,横向分辨率为1μm,纵向分辨率为1nm。     

移相式微分干涉相衬显微测量系统的研制

在微分干涉相衬显微镜的基础上，加入波片相移装置及图像采集处理，建立了移相式微分干淑相衬显微测量系统；分析并解决了表面微观形貌测量中存在的一些技术难题；准确地重构出了物体的微观三维形貌，实现了物体的表面高度及粗糙度Ra的高精度测量。结果表明：粗糙度重复测量精度为1.2nm；形貌高度分辨率为4.6nm。     

超分辨远场生物荧光成像——突破光学衍射极限

长期以来,远场光学荧光显微镜凭借其非接触、无损伤,可探测样品内部等优点,一直是生命科学中最常用的观测上具.但由于衍射极限的存在,使传统的宽场光学显微镜横向和纵向的分辨率分别仅约为230 nm和1000 nm.为了揭示细胞内分子尺度的动态和结构特征,提高光学显微镜分辨率成为生命科学发展的迫切要求,在远场荧光显微镜的基础上,科学家们已经发展出许多实用的提高分辨率甚至超越分辨率极限的成像技术.例如,采用横向结构光照明提高横向分辨率到约100 nm,利用纵向驻波干涉效应将纵向分辨率提高5～10倍.然而,直到在光学荧光显微镜中引入非线性效应后,衍射极限才被真正突破,如受激荧光损耗显微镜利用非线性效应实现了30～50 nm的三维分辨率.另外应用荧光分子之间能量转移共振原理以及单荧光分子定位技术也可以突破衍射极限,甚至可以将分子定位精度提高到几个纳米的量级.     

单晶硅表面STM成像理论模型与实验分析

结合扫描隧道显微镜(STM)成像实验和第一性原理原子级模拟计算的方法已经成为材料界面表征的重要手段。超高真空条件下的STM可用于直接观察单原子等微观结构,但其成像原理还未被理解清楚。STM扫描测得的试件表面原子级图像并不直接反映材料原子的形态,实际上是表面形貌和表面电子态局域密度的综合结果。为了解释STM成像,采用第一性原理Siesta方法,研究了Si(001)面STM成像过程的电子结构,对表面粒子的原子轨道和相应的电荷密度进行计算。讨论了等高模式下扫描高度对局域电子云密度分布的影响,并分析了STM针尖几何形状对模拟结果的影响。研究表明,材料表面原子的电子云密度分布可以用来解释STM成像精度和扫描高度对比的变化。     

飞秒激光与宽带隙材料相互作用机理研究

应用处于近红外区域波段的飞秒激光对宽带隙材料SiC的烧蚀机理及其相互作用过程进行了研究.分别采用扫描电子显微镜(SEM)、表面粗糙度轮廓仪(Talysurf)和光学显微镜(OM)等分析技术对烧蚀区和未烧蚀区的表面微观形貌进行了检测和评价.不仅在烧蚀表面观察到了烧蚀区、定向波纹区和改性区等不同形貌特征,而且对加工阶段进行分离.并求出加工SiC时强烧蚀和弱烧蚀的阈值分别为0.13 J/cm2和0.61 J/cm2.根据实验结果得到了加工参数与烧蚀形貌之间的映射关系,发现入射激光的能量是决定材料去除方式的关键参数.     

超精加工表面粗糙度的激光测量仪

研制出一种超精加工表面粗糙度的激光测量仪，采用光外差测量原理和共光路干涉仪结构，具有很强的抗外界振动干扰能力．仪器结构简单，测量灵敏度高，纵向分辨率达０．４ｎｍ，横向分辨率达１．７２μｍ。     

电信号特性测量与设备

0213681一种新型的 STM 探针[刊]/李锐//光电子·激光.—2002,13(1).—5～8(C)以普通的石英光纤为材料,用熔拉腐蚀复合的方法制备出 nm 量级的光纤探针,而后在针类表面镀上数十 nm 厚的金属膜,达到导电性,使其能传导隧道电流,从而研制出一种新的扫描隧道显微镜(STM)光纤     

纳米硬度计在MEMS力学检测中的应用

纳米硬度计是一种能提供 10 3～ 10 2 μm尺度材料或结构微力学性能检测的先进仪器。采用纳米压痕技术 ,研究薄膜材料的弹性模量和硬度随压痕深度的变化规律以及薄膜厚度测量、微桥弯曲变形测量的方法。采用纳米划痕技术 ,研究薄膜的表面粗糙度、临界附着力和摩擦系数测量的方法。该仪器能广泛应用于MEMS的力学检测 ,并有望成为这一领域内的标准力学检测设备     

纳米硬度计在MEMS力学检测中的应用

纳米硬度计是一种能提供103～10-2μm尺度材料或结构微力学性能检测的先进仪器.采用纳米压痕技术,研究薄膜材料的弹性模量和硬度随压痕深度的变化规律以及薄膜厚度测量、微桥弯曲变形测量的方法.采用纳米划痕技术,研究薄膜的表面粗糙度、临界附着力和摩擦系数测量的方法.该仪器能广泛应用于MEMS的力学检测,并有望成为这一领域内的标准力学检测设备.     

新型激光光学表面轮廓仪

在光学表面粗糙度测量中,激光光学表面轮廓仪以其非接触测量,无需对作品表面进行镀膜处理,不受光学表面高度分布的限制,且高速和高精度,因而受到国内外光学测试专家的重视。 各种类型和性能的激光光学表面轮廓仪的出现,标志着这一领域内所取得的成就。本文将介绍的是一种新型激光光学表面轮廓仪,它吸收了近几年来国内外对各种粗糙度测试仪研究的成果,应用多项技术和特殊设计使仪器可在普通的环境下正常运行,结构更简     

偏振光调制的扫描近场光学显微镜应用

本文利用电光调制技术结合反射式扫描近场光学显微镜，获得了可以对光的偏振方向进行调制的针尖发光远场接收反射光的近场显微镜。对原有的Topometrix Aurora NSOM系统作了较大的改进。采用音叉(tuning fork)检测光纤探针与样品间的剪切力取代了原有的光学法振动检测，避免了杂散光干扰。观察了(Ba0.5Sr0.5)TiO3薄膜和LiTaO3晶体表面的电畴结构。横向分辨率约为50nm。观察说明，反射式扫描近场光学显微镜适合研究固体表面的电畴结构，可获得光学衬度较好的电畴分布图像。与形貌图像相比电畴与形貌无关。     

湿法腐蚀后硅表面形态微结构的研究

随着半导体工艺集成度的不断提高及微纳米技术的发展,半导体硅材料的湿法腐蚀及腐蚀后硅表面的平整度及洁净度对半导体器件的影响越来越重要,有关此方面的研究也日益受到重视。本文利用扫描隧道显微镜(STM)技术,研究了Si(111)在几种不同比例的NH_4F-HCl溶液中腐蚀后的表面形态及洁净度。表面的STM图像分析,表明在较高pH值的NH_4F-HCl溶液中腐蚀的Si(111)表面粗糙度较小。     

钼阴极表面电子流的HRTFEM观察

扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)及场离子显微镜(FIM)及其相关技术的发展,使人们能在原子级别上来进行物质表面的研究,可以获得表面形态的几何信息,对表面电子态、表面动力学等方面研究仍缺乏有力的研究工具。我们在E.M.Müller发明的场电子显微镜(FEM)[1-2]的基础上发展了我们称为HRTFEM的高分辨率热场发射显微镜[3]。其分辨率比常规的FEM的2.5nm分辨率提高了一个数量级,即可达到分辨原子的水平。由于HRTFEM的图像是由尖端表面电子云分布的投影所形成,因此其成像电子必然带有表面上电子态的各种信息。我们用HRTFEM…