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1、2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,振动因素对SPM测量结果影响的研究,天津大学 光电测控技术研究所（IOEMCT） 精密测试技术及仪器国家重点实验室 纳米测试技术实验室 陈津平 2002年11月23日,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,振动在SPM测量机理中的角色,DI MultiMode SPM 4094JV Z： 0.09nm X、Y: 1.9nm 4042E Z： 0.05nm X、Y: 0.3nm,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,SPM工作环境中的振动因素,低频（100Hz） 机械泵动装置 制冷系统 机加工工具在周围工作,低频隔振 沙箱
2、 橡胶垫 金属盘簧悬挂系统 超导悬浮系统 涡流阻尼系统 光学平台 高频隔振 隔音腔 弹性元件,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,早期SPM隔振研究 20世纪80年代中后期到90年代中后期,G. Binnig “Scanning tunneling microscopy” P. J. Silverman “Scanning tunneling microscope instrumentation” D. W Pohl “Some design criteria in scanning tunneling microscopy” C. F. Quate “Theories of t
3、he feedback and vibration isolation systems for the scanning tunneling microscope”,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,SPM的一般结构,G. Binnig“早期作品”,DI MultiMode SPM,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,近期SPM隔振研究,S. Devasia “Vibration compensation for high speed scanning tunneling microscopy” W. Arnold “Vibration of free and s
4、urface-couple atomic force microscope cantilevers: Theory and experiment” P. K. Hansma “Assessing the quality of scanning probe microscope designs” A Stemmer “Eliminating mechanical perturbations in scanning probe microscopy”,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,A. Stemmer的一种离线补偿方法,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,本文工作
5、,Contact Mode AFM的z向振动 激振、测振位置均在MultiMode SPM的基座上 激振：Tektronix公司AWG2021驱动PC扬声器 测振：SIOS公司微型激光干涉测振仪SP-S 激振频率：0-7kHz 激振振幅：0-1500nm 扫描对象：Si样品，1um x 1um x 10nm 图像类型：Height 扫描频率：1.97Hz,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,07kHz，SPM基座的激振结果,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,0500Hz，SPM基座的激振结果,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,050Hz激振结果 S
6、PM基座、测头、扫描器外壳、样品台,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,推 论,SPM基座、测头、扫描器外壳、样品台可看作一体 固有频率5Hz、15Hz、30Hz、43Hz、100Hz、180Hz 800Hz以上振动响应很小（ 10nm）,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,600Hz-1kHz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,1kHz-1.4kHz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,1.4kHz-1.8kHz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,1.8kHz-2.2kH
7、z, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,0k-4k-3k-2k-1k Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,0k-7k-6k-5k-4k Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,Si样品未受激振的情况,结论：1.6kHz以上的振动结果接近Si样品表面形貌,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,200-300-400-500-600 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,160-180-200-220-240 Hz, Height,2002-11-23,振
8、动因素影响SPM测量结果,120-130-140-150-160 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,80-90-100-110-120 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,40-50-60-70-80 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,0-10-20-30-40 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,19-17-15-13-11 Hz, Height,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,2-3-4-5-6 Hz, Height,2002
9、-11-23,振动因素影响SPM测量结果,07kHz，Tip-Sample间距变动量,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,推 论,2kHz以上，受激振得到的Tip-Sample 间距变动量小于 0.3nm，被Si样品表面形貌淹没 在17Hz、60Hz、110Hz、180Hz、1kHz振动响应强烈 Tip-Sample 间距变动量与SPM机体受激振动不同，应当缘于扫描频率与激振频率的匹配,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,下一步的工作,Tip-Sample Interaction的理论分析 扫描频率与激振频率的匹配实验 SPM测头内PSD的Deflection信号分
10、析 建立SPM机体振动与Tip-Sample间距变动量的关系 利用Signal Access Module上RS232将SP-S测得的SPM机体振动用于Tip-Sample间距补偿,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,全国扫描隧道显微学学术会议 STMx 会议背景,陈津平 纳米测试技术实验室 精密测试技术与仪器国家重点实验室 天津大学,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,各届STM会议简介,1990-1996: STM1 STM4 负责人：白春礼 中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室 1998: STM5 负责人：黄文浩 中国科技大学 2000: STM6 负
11、责人：毛秉伟 厦门大学 2002: STM7 负责人：胡钧 中国科学院上海原子核所、上海交通大学 2004: STM8 负责人：胡小唐 天津大学,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,STM7 小 结,与会者：150人 生物学应用：23篇 纳米材料与表面表征：47篇 纳米操纵、微加工与电子学：16篇 仪器与方法：16篇 SPM公司：8家 本原 爱建 中科机电 东方科泰 Veeco MI PSIA SHIMADZU（岛津）,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,STM7 感 想,专注于SPM仪器研究的文章比重不高 进口设备功能扩展的研究不多 与其他学科合作要明确我们的目的和需要 我们的工作重心应该明确 科研工作、研究生教育的组织是系统工程 需要强调团队工作的精神,2002-11-23,振动因素影响SPM测量结果,谢 谢 ！,天津大学 光电测控技术研究所（IOEMCT） 精密测试技术及仪器国家重点实验室 纳米测试技术实验室 陈津平 2002年11月23日,