[發明專利]用于原子力顯微鏡的二維微動平臺和微力學參數測試方法

有效

• 申請號: 200810041517.X
• 申請日: 2008-08-08
• 公開（公告）號: CN101339816A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 鮑海飛;李昕欣;張波;郭久福
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G12B21/22
• 分類號: G12B21/22;G01N13/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

1.一種用于原子力顯微鏡的二維微動平臺，其特征在于，二維微動平臺(2)的中心開孔用于安裝PZT掃描管(7)，其中在互相垂直的X和Y位置上分別有兩個調節旋鈕(5)、(6)，兩個調節旋鈕連接兩個驅動桿，兩個驅動桿與PZT掃描管連接，所述的二維微動平臺固定在底座(1)上。

2.按權利要求1所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺，其特征在于所述二維微動平臺水平方向上的位移范圍為3×3平方毫米。

3.按權利要求1所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺，其特征在于二維微動平臺和底座是由鋼材制備的。

4.按權利要求1所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺，其特征在于通過環氧膠在二維微動平臺的中心孔中固定PZT掃描管，該二維微動平臺固定在原子力顯微鏡系統中。

5.按權利要求1或4所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺，其特征在于PZT掃描管的最大掃描位移為20微米。

6.利用權利要求1-5中任一項所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺進行力學參數的測試方法，其特征在于原位提取懸臂梁的彈性系數和楊氏模量的參數測試分下述三種情形中任一種：

A.在微結構上固定點的力學參數測試，也即單點的單次力曲線測試，測試步驟是：首先用已知彈性系數的參考懸臂梁探針在硬基底進行第一個力-位移曲線測試，獲得其斜率數據；然后，在待測試的懸臂梁上，在CCD視野觀察下，移動二維微動平臺，選擇好待測試的位置，將參考懸臂梁置于待測試的微懸臂梁上所選定的位置進行第二個力-位移曲線測試，得到相應的斜率，由給定參考懸臂梁的彈性系數，利用公式(1)計算待測試懸臂梁的彈性系數；由給定待測試懸臂梁的結構參數，再由相應的公式(2)計算直接獲得待測試的未知懸臂梁的楊氏模量和懸臂梁根部的應力；

B.在微區逐點進行力-位移功能測試，首先選定掃描面積，然后設定數個待測試點，基本操作順序同A所述的固定點相同，然后進行力-位移測試，進行逐點自動測試，得到懸臂梁上逐點的力-曲線數據，提取其斜率數據，按照給定公式(1)計算，經過測試和計算得到各個位置點對應的彈性系數；

C.微區連續彈性系數測試，也即參考懸臂梁探針對被測試懸臂梁上某一微小區域內連續彈性系數分析測試，是單線的力掃描方式，步驟是：首先在硬基底上進行選區，然后設置力載荷和掃描尺寸，進行參考懸臂梁在硬基底上的連續掃描，獲取恒定力下和懸臂梁X、Y方向的掃描位置、Z方向形變數據；然后在CCD視野下和微動平臺的操作下，將參考懸臂梁置于被測試懸臂梁上微區內，設置幾個不同水平大小的力載荷和相同掃描尺寸，執行掃描測試，程序自動變化載荷將差分力施加到懸臂梁上，獲得懸臂梁在不同載荷下的位移變化的形變量，按照公式(3)，通過差分力和位移就得到待測的未知懸臂梁的彈性系數；

所述的公式(1)、(2)、(3)為

k=krefδtestcos(θ)δtot-δtest---(1)]]>

k=Ewt34L3---(2)]]>

k=ΔFΔz---(3)]]>

式中，k是待測的未知懸臂梁的彈性系數，k_ref是已知的參考懸臂梁的彈性系數，δ_tot是參考懸臂梁的總形變量，δ_test是在被測試懸臂梁上的形變量，θ為兩懸臂梁之間的夾角；

厚度t，寬度w，長度L為待測懸臂梁的結構參數，E為楊氏模量；

ΔF為差分力，ΔZ為懸臂梁在法向Z方向發生形變，也稱之為差分位移；

所述的硬基底是指平坦的硅表面，所述的CCD視野為可視的電荷耦合器件系統的視野。

7.按權利要求6所述的用于原子力顯微鏡的二維微動平臺進行力學參數的測試方法，其特征在于在B情況下對應小于1微米尺度的微區內不同位置點的自動移動測量。