高精度测量的特种SPM技术及仪器

测量过程中,测量的准确程度与测量仪器间的作用力是极其重要的,为此需准确测量微纳尺度材料的机械、电子、磁、光以及化学特性.同时,扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)及其相关技术拥有确定探针针尖与样品间作用力的能力,因此,本文主要就微纳尺度的高精度SPM测量技术及仪器做一简单的介绍和回顾.首先介绍了原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、扫描隧道显微镜(Scanning Tunnel Microscope,STM)及其相关技术原理,其次重点介绍了常温/低温STM、自旋极化(Spin Polarization,SP)-STM、AFM等仪器本身的关键技术及搭建难点,并介绍了运用上述仪器取得的典型成果;再次,介绍了国内外运用极端环境(超低温、超高真空)与常温、大气环境的AFM、STM在特殊区域微纳尺度测量、基于探针技术的微纳电子器件表征与控制,以及SPM操控技术的典型成果最新进展;最后,介绍了本研究小组运用超高真空AFM在磁性材料表征与测量方面的进展.总之,通过本文对SPM高精度测量及其应用的回顾与介绍,对SPM的关键组成部分、关键技术及最新发展有了更深的认识.SPM的先进性、用户的友好体验以及具有鲜明应用指向性的特点,有望在原子/分子科学、纳机电系统(Nanoelectro Mechanical System,NEMS)等领域有重要的应用.     

一种新颖的三维零位标记

提出了一种新颖的三维零位对准标记.采用特殊编码的平面零位光栅通过分束棱镜成像在两个相互垂直的平面内,通过调节保证两平面在共有方向的零位重合,从而在三维空间内形成一个完善的X-Y-Z方向的原点重合的绝对坐标系,克服了现有技术只能进行一维或二维平面定位而不能实现在三维坐标系上进行绝对定位的缺点.这种三维零位标记系统简单,可以实现纳米级精度的三维绝对零位.     

扫描探针显微镜图像处理通用软件包的设计

扫描探针显微镜(SPM)是固体物体表面结构分析的重要手段.采用Visual Basic结合C语言编写动态链接库的方式设计了SPM图像处理的通用软件包.该软件包括SPM图像的显示、漂移校正、畸变校正、剖面线分析、傅里叶变换分析等,有效消除外界环境和仪器自身对SPM图像的干扰,丰富了SPM图的信息,并克服商品化仪器软件通用性差的缺点.     

基于透反式二维绝对零位光栅的光刻对准技术

在二维零位光栅原理的基础上提出了一种透反式二维零位光栅系统,从理论上分析了系统的可行性,并进行了对准性能的试验.实验数据表明透反式光栅系统比一般的光刻对准技术的对比度更强,判别零位的性能更好.该系统作为一种新型的掩模-硅片对准技术,应用于光刻机中可获得优于20 nm的定位对准精度.     

绝对零位光栅——一种新型测量系统的检测元件

本文在普通增量式光栅测量系统工作原理的基础上,分析了绝对零位光栅测量系统的特点及二者之间的区别。文中重点论述了: 1.绝对零位光栅尺的结构特点和工作原理。 2.零位光栅线纹编码的基本要求。设计零位光栅时,确定各主要参数的原则。 3.绝对零位光栅尺的工艺分析。文中提出了评定绝对零位光栅尺质量的主要指标,同时指出了动态光刻绝对零位光栅尺所必需解决的一些特殊问题。 最后,对主要技术指标进行测试的结果证明本成果达到了预定的设计要求。     

基于针式传感器的多功能扫描探针显微镜

为了克服传统的扫描探针显微镜 (SPM )在应用中的不足 ,采用微石英晶振来取代传统SPM的具有复杂结构的微悬臂和激光位移检测装置 ,使成本极大地下降 .通过对锯齿型光栅试件的检测 ,证明这种检测方法是可行的 .同时在微石英晶振前端安装不同种类的细针 ,可实现STM ,AFM ,MFM与EFM的测量 ,构成一机多能系统     

扫描探针显微技术应用于工业技术领域的几个相关问题

 前言80年代开始陆续发明的各类扫描探针显微镜(ScanningProbeMicroscope,简称SPM)首先是一种表面分析仪器。随着研究的探入, SPM自身功能和其应用领域在不断增强和扩大, 在纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械工程等方面都得到广泛应用。目前已有20多种扫描探针仪器可以得到原子或接近原子分辨率的各类物理特征图像。SPM主要用于自然科学的研究, 但近年已有相当数量的SPM用于工业技术领域, 成为解决工业技术问题的新工具。     

基于微模塑法的PMMA/SiO2透射光栅的制备

以sol-gel法合成出的PMMA/SiO2杂化溶胶为加工对象,以聚二甲基硅氧烷为弹性印章,采用软刻蚀技术中的微模塑方法,在普通光学玻璃表面制备出了PMMA/SiO2杂化材料栅格状的微图形结构.扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜和扫描探针显微镜(SPM)的测试结果表明:所制得的光栅微结构清晰规整;以氦氖激光器(632.8nm)为光源,通过衍射实验,得到了清晰的光栅衍射图案.     

动态零位触发器设计研究

本文介绍了圆光栅动态角度测量中的瞄准指示装置--动态零位触发器,基于双光束干涉原理,采用了两个性能参数严格相同的道威棱镜镀膜胶合作为分光棱镜.介绍了动态零位触发器设计中应该注意的问题.并结合圆光栅测角仪进行了实验研究,对23面正多面棱体进行了角度测量,和中国计量科学研究院的检定结果进行比较,说明此系统具有良好的测量精度和测量的重复性,以及设计的合理性和可行性.     

基于平面光栅的二维移动测试方法研究

二维微动平台往往是装备或实验技术中不可或缺的一种常见装置,而标准化的移动平台往往精度有限,难以满足某些高端应用场合.本文采用平面光栅对二维移动平台进行测试,在平台的移动分辨力固定的情况下,介绍了平面光栅和二维移动平台相结合时的标定和测试方法,从而提高二维移动平台的移动准确度.实验结果表明,平面光栅的应用可以提高二维移动平台的准确度,所采用的标定方法稳定可靠.     

量子保密通信中光纤光栅的波长稳定性研究

为了改善量子保密通信设备中所用光纤布拉格光栅的长期波长稳定性,从工艺角度提出了采用特殊光纤涂覆层材料对常规的光纤光栅加以改进,并制作了基于新工艺的双金属温度补偿光纤光栅样品.理论研究了温度和应力等因素对光纤光栅中心波长的影响,分析了光纤光栅温度补偿的原理和方法.通过高温加速老化的方法,监测了所制作的新工艺光纤光栅样品在...     

基于无字典模型的红外与可见光图像融合分类

针对传统图像分类识别方法采用单一传感器获得图像存在的局限和不足,提出了一种基于红外和可见光融合的分类算法。首先分别对红外图像和可见光图像提取密集型尺度不变特征变换（D-SIFT）,然后采用无字典模型（CLM）变换,并利用空间金字塔匹配（SPM）进行精细划分,最后用混合核支持向量机（SVM-CK）方式将红外和可见光在特征级融合并分类。在VAIS和RGB-NIR两个数据库上对该方法进行验证,融合后分类精度分别比单一图像源均有较大提高;与BoVW方法比较,精度分别提高了4.7%和12.1%。证明多数据源融合的方法综合了红外和可见光各自成像的优势,使获得的特征信息更完善,分类效果显著高于单一数据源的分类结果。     

室温原子气室中基于电磁诱导透明和吸收效应的微波电场测量

基于里德堡原子的量子干涉效应,对微波电场的溯源进行测量.该方法使用室温铷原子气室作为探头,通过对双光子电磁诱导透明、三光子电磁诱导透明和三光子电磁诱导吸收效应的Autler-Townes分裂进行理论分析,并讨论了原子散粒噪声的测量极限.该方法不仅适用于微波电场的可溯源、自校准测量,还可被用于微波电场的亚波长成像以及矢量测量,将为进一步实现原子微波探头的小型化和集成化提供参考.     

基于路面垂直轮廓B样条拟合的车辆运动估计偏移抑制

针对用视觉里程计估计车辆运动时因相对测量误差累积而导致偏移的问题,提出了一种基于路面垂直轮廓B样条拟合动态跟踪的偏移抑制方法.当车辆行驶过程中一直紧贴路面时,由于车辆的运动轨迹与路面在垂直方向上的轮廓形状相吻合,故可以通过跟踪路面的垂直轮廓用于抑制视觉里程计估计车辆的运动轨迹时产生的偏移.因为路面垂直轮廓跟踪和车辆运动估计在时间上不同步,所以建立了一种具有固定滞后的卡尔曼偏移抑制器.实验结果表明,所提出的方法对于抑制视觉里程计运动估计中的偏移是有效的.     

采用虚拟复合光栅的突变形面轮廓测量技术

为准确测量物体的突变形面 ,通常采用一种双频变精度方法。针对该方法的两次测量问题 ,提出了基于虚拟复合光栅投影的三维轮廓测量技术。用软件在计算机上生成虚拟光栅 ,将两种频率的光栅合成为投影复合光栅进行测量。该方法获得的栅线质量高 ,光栅频率容易改变 ,只需一次就能得到传统方法两次测量的变精度结果 ,加快了测量速度 ,提高了应用水平。应用此技术进行模拟和实例测量 ,取得了令人满意的结果     

曲面重建中的光栅投影式测量方法

散乱点云数据的测量是三维物体曲面重建的前提和基础。本文在深入研究了三维测量原理的基础上,提出了一种基于格雷码-相移组合编码技术的光栅投影式测量和标定方法,并针对解码过程中由于图像噪声的干扰而可能出现的错误给出了一种码值修正算法。该测量方法综合了格雷码编码简单、测量范围大、抗干扰性强以及相移法分辨率高,适合测量小范围内表面连续的物体等优点。实验结果表明,应用本文三维测量系统测得的点云数据清晰,重建模型效果逼真,具有良好的实用性和稳定性。     

基于主成分分析的建筑空调系统传感器故障检测

在已经建立的建筑空调系统仿真器的基础上,针对系统的温度、湿度、流量传感器提出了一种基于主成分分析的传感器故障诊断方法.该方法根据系统正常的历史运行数据建立数理统计模型,通过传感器实际测量数据与正常数据阵在故障子空间投影的比较,对传感器的故障进行检测.仿真试验表明,该方法能够诊断出固定偏差和漂移故障,为进一步研究传感器的故障诊断提供了必要的基础.