大气状态下利用AFM实现纳米加工的研究

摘要

纳米技术研究中的重要工具之一扫描探针显微镜(SPM)以其分辨力高，可在真空、大气和液体环境下工作的优势，在纳米科技领域得到了广泛的应用。近年来利用SPM进行纳米结构加工的方法取得了很大的进展。基于SPM的阳极氧化法所得到的氧化物一般都具有优良的绝缘特性和抗蚀刻性，易于操作和与现有微电子工艺兼容使得它应用到微电子工业的前景看好。因此该加工方法得到了众多研究小组的关注。
　　由于扫描陶管存在漂移和滞后现象，用SPM自身系统进行纳米加工很难达到实验所要求的精度和效果。因此，本文提出了原子力显微镜(AFM)结合三维微动工作台及导电探针进行纳米结构加工的方法。
　　本文在分析了SPM电场加工理论、AFM阳极氧化的基本理论以及单晶Si表面的电场氧化理论的基础上，以原子力显微镜(AFM)结合三维微动工作台建立加工系统，以导电探针作为加工工具，通过信号接口模块在样品表面发送正偏压，探针接地，采用阳极氧化法工艺进行纳米结构的加工。
　　编制了微加工的控制软件，实现了良好的人机交互界面。同时研究了加工工艺，实现对直线、圆、三角形、网格的矢量加工和对任意汉字的点阵加工。通过对直线的加工分析了偏压大小、加工速度对加工结果的影响并且提出了极限加工速度和阈值电压。最后，对影响加工精度的因素进行了分析。

目录

大气状态下利用AFM实现纳米加工的研究

RESEARCH ON NANOFABRICATION WITH AFM IN AIR

摘要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 基于SPM纳米加工技术研究现状

1.2.1 扫描探针加工技术的特点

1.2.2扫描探针加工方法

1.3 本课题研究内容

第2章 AFM阳极氧化法纳米加工机理

2.1 引言

2.2 AFM工作原理

2.3 SPM电场加工理论

2.4 AFM阳极氧化法加工机理分析

2.4.1 大气状态下AFM所处的环境

2.4.2 AFM阳极氧化加工机理

2.5 硅表面的电场氧化机理

2.5.1 硅表面的自然氧化机理

2.5.2 硅表面的电场诱导氧化机理

2.6 本章小结

第3章 基于AFM纳米加工系统组建

3.1 引言

3.2 纳米加工系统的硬件设计

3.2.1 串行异步通讯的硬件实现

3.2.2 D/A信号处理方式

3.2.3 SAM(Signal Access Module)工作原理

3.2.4 三维微动工作台工作原理

3.3 纳米加工系统的软件设计

3.3.1 矢量加工子程序设计

3.3.2点阵加工子程序设计

3.4 本章小结

第4章 阳极氧化的实验研究和精度分析

4.1 引言

4.2 阳极氧化实验准备

4.2.1 样品的制备

4.2.2 导电探针

4.2.3 实验步骤

4.3 不同加工参数对加工的影响

4.3.1 不同偏置电压的影响

4.3.2 不同加工速度的影响

4.4 阈值电压的分析

4.5复杂结构的加工

4.6系统加工精度的影响因素分析

4.6.1探针针尖对加工的影响

4.6.2电磁噪声和温度对加工的影响

4.7本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢