【摘 要】
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在对目前国内外纳米线宽测量技术进行广泛研究的基础上,该文首先详细地给出了原子力显微镜的工作原理及其扫描成像的数学模型,介绍了VEECO公司NanoscopeⅢ型原子力显微镜的结
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在对目前国内外纳米线宽测量技术进行广泛研究的基础上,该文首先详细地给出了原子力显微镜的工作原理及其扫描成像的数学模型,介绍了VEECO公司NanoscopeⅢ型原子力显微镜的结构特性和技术特点.其次总结归纳了当前原子力显微镜探针形貌估计的方法,给出了校准粒子法和盲重建法的几何解释.针对探针估计校准粒子法的不足,提出利用平均法处理多个校准粒子的估计结果,并完成了相应的仿真分析.仿真结果表明,相对于根据单个粒子的探针重建,平均法得到的结果更接近于真实探针.针对原子力显微镜能对纳米线宽表面三维成像的特点,该文提出了一个直方图线宽计算模型.通过实验数据同其它线宽计算模型进行比较,结果表明运用直方图线宽模型计算纳米线宽是可行的.该线宽计算模型具有算法简单的优点.最后依据测量不确定度估计理论,重点分析使用NanoscopeⅢ型原子力显微镜测量纳米尺度线宽时决定测量不确定度的线宽量化值、样品热胀冷缩、位置校正和扫描压电管等四类因素,提出一个线宽测量的数学模型和一种纳米线宽计算步骤.针对美国国家标准技术局的纳米线宽测量实验,计算得到了测量结果的不确定度.结果表明,对于影响顶部线宽值测量不确定度的各不确定度分量,线宽量化值的不确定度分量最大,其次为压电管引入的不确定度分量.通过理论分析和实际测量结果的比较可知,探针效应对中部和底部线宽的测量影响较大.探针估计是减小探针膨胀效应的要求,利用估计的探针形貌进行表面重建能够得到更准确的测量结果.对使用原子力显微镜测量纳米尺度线宽不确定度估计的研究,不仅能正确地表示测量结果,对于减小测量误差,提高原子力显微镜测量精度也具有重要意义.
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