动态AFM悬臂的高阶谐振特性研究及实验.pdfVIP

学兔兔 第34卷 第12期 仪 器 仪 表 学 报 Ve1．34 No．12 2013年l2月 Chinese Journal of Scientific Instrument Dec．2013 动态AFM悬臂的 ．-__I-|_ 同 阶谐振特性研究及实验 ：}： 【j 黄强先 ，袁 丹 ，尤焕杰 ，赵 阳 一，程真英 (1．合肥T业大学仪器科学与光电T程学院 合肥 230009；2．安徽建筑大学电子与信息T程学院 合肥 230061) 摘 要：为了提高动态原子力显微镜(AFM)的灵敏度、分辨率、扫描速度等，基于硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性，提 一 种利用硅悬臂高阶谐振而进行扫描测量的高阶谐振表面测量方法，并对相应动态AFM悬臂的高阶谐振特性进行了理论和实验 研究。分析了高阶谐振悬臂的工作原理，给出了悬臂的振动方程和振型函数，从理论上证明了高阶谐振悬臂较其初级谐振模式 具有更高灵敏度和更高空间分辨率；由于频率的提高，悬臂的动态测量性能明显改善。基于自制的轻敲式AFM，通过实验证实 了高阶谐振现象的存在；实验测得的一阶二阶谐振悬臂的灵敏度，空间分辨率和最小可探测力梯度分别为8 VQxm，17 V／ m； 1．33 11111．0．47 nm：1．80 X 10一 N／m，0．54 X 10一 N／m，实验结果与理论分析结论一致；通过二阶谐振扫描获得了光栅试样表面 轮廓图，证明了该高阶谐振特性研究的正确性及利用高阶谐振特性进行扫描测量的可行性。 关键词：硅悬臂；高阶谐振；动态AFM；最小可探测力梯度 中图分类号：TH89 TH71 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：460．40 Research and experiment on higher-order resonance characteristic of dynamic AFM cantilever Huang Qiangxian ，Yuan Dan ，You Huanjie ，Zhao Yang ，Cheng Zhenying ( ．School of Instrument Science and@to—electronic Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China； 2．School ofElectronic and Information Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230061，China) Abstract：In order to improve the sensitivity，spatial resolution，and scanning speed of the dynamic atomic force mi。 eroseope(AFM)，based on the higher—order resonanee mode characteristic of the silicon cantilever，a kind of new surface measurement method is put forward，which makes use the higher order resonance characteristic of the silicon cantilever to perform scanning measurement；and the theoretical and experimental research on the higher—order reso— nance characteristic of the correspon