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基于AFM的纳米梁杨氏模量和残余应力测量

仪器仪表学报 2010年第1期31卷 201-207页

作者：徐临燕栗大超刘瑞鹏傅星张文栋胡小唐天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津航海仪器研究所天津300131 中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051

针对同一工艺流程下相同杨氏模量和残余应力的双端固支梁阵列,建立了简化的杨氏模量和残余拉应力的弯曲测试模型,并将应力刚化理论应用到几何非线性有限元分析中用于上述模型的理论误差评价。提出将拉曼频移测试与原子力显微镜(AFM)弯... 详细信息

针对同一工艺流程下相同杨氏模量和残余应力的双端固支梁阵列,建立了简化的杨氏模量和残余拉应力的弯曲测试模型,并将应力刚化理论应用到几何非线性有限元分析中用于上述模型的理论误差评价。提出将拉曼频移测试与原子力显微镜(AFM)弯曲测试相结合的实验方案,首先利用拉曼频移判断结构中的应力拉压性质,随后利用AFM测量梁阵列的弹性系数,最终利用MATLAB求解超定方程组的方法解得梁阵列的杨氏模量和残余应力,测试结果证明了该实验方案的可行性。

关键词：纳米梁杨氏模量残余应力原子力显微镜弯曲测试

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NEMS测试中若干关键技术的研究

NEMS测试中若干关键技术的研究

作者：徐临燕天津大学

学位级别：硕士

纳米梁谐振器是一种重要的NEMS器件,在射频和传感等领域具有广阔的应用前景。纳米梁谐振器的机械力学特性测试技术和动态特性测试技术是NEMS测试技术中共性的关键测试技术,因此本文以纳米梁谐振器为测试对象,开展了纳米梁谐振器机械力... 详细信息

纳米梁谐振器是一种重要的NEMS器件,在射频和传感等领域具有广阔的应用前景。纳米梁谐振器的机械力学特性测试技术和动态特性测试技术是NEMS测试技术中共性的关键测试技术,因此本文以纳米梁谐振器为测试对象,开展了纳米梁谐振器机械力学特性测试以及动态特性测试两方面的研究工作,并通过测试实验,对纳米梁谐振器的加工工艺和工作特性进行了评价和表征。论文完成的主要工作包括以下几个方面:1、基于纳米压痕测试技术,利用AFM的纳米压痕模块,对厚度为110nm的制造纳米梁谐振器的氮化硅薄膜材料硬度进行了测试。纳米压痕测试中通常采用复杂的面积函数计算残余压痕投影面积,本文开发了一种计算残余压痕投影面积的方法并编写了相应的数据处理软件,有效避免了由于小压深条件下面积函数的置信概率较小,致使残余压痕投影面积计算值不可靠的问题。2、基于弯曲测试技术,利用AFM对氮化硅和硅双端固支纳米梁的机械力学特性进行了测试。对双端固支纳米梁的杨氏模量值进行了测量,测试数据具有较好的一致性,验证了实验方法的可行性。在硅纳米梁的杨氏模量测试实验中,本文针对硅纳米梁与基底间纳米量级间隙的特点,提出了一种测量纳米梁厚度的实验方法,并给出了具体操作和数据处理流程。最后,利用ANSYS有限元分析软件分析了加载点位置对测试结果的影响。在弯曲测试实验中,通过标定测试用AFM微悬臂梁的有效长度,从而修正了其弹簧常数。3、基于显微激光多普勒测试技术,利用多普勒测振仪对纳米梁谐振器的振动特性进行了测试,对纳米梁谐振器件的器件性能进行了评价和表征。本文分析了静电激励双端固支纳米梁谐振器的电学和机械等效模型,并分析了静电激励和静电力之间的关系。通过对多普勒测振结果的分析可知,谐振梁的振动特性测试曲线与理论分析具有很好的一致性。4、在基于AFM测试纳米梁谐振器离面振动的研究中,本文分析了AFM轻敲模式针尖-振动表面相互作用的理论模型,这一模型较AFM接触模式针尖-振动表面相互作用的理论模型更为复杂。最后通过实验明确了AFM测振技术对被测样品的要求,并对基于AFM和基于显微激光多普勒的纳米梁谐振器离面振动特性的两种测量技术进行了分析和比较。

关键词：原子力显微镜纳机电系统纳米梁谐振器纳米压痕测试弯曲测试显微激光多普勒测振

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基于原子力显微镜的纳米梁杨氏模量的测量

天津大学学报 2007年第7期40卷 816-820页

作者：徐临燕栗大超胡小唐黄玉波天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

阐述了基于原子力显微镜(AFM)的弯曲测试测量纳米梁杨氏模量的理论和方法.重点解决了纳米梁杨氏模量测试技术中的3个关键问题:①宽梁条件下杨氏模量理论模型的修正;②纳米梁厚度的精密测量方法;③加载点位置相对于理想点的偏差给测试结... 详细信息

阐述了基于原子力显微镜(AFM)的弯曲测试测量纳米梁杨氏模量的理论和方法.重点解决了纳米梁杨氏模量测试技术中的3个关键问题:①宽梁条件下杨氏模量理论模型的修正;②纳米梁厚度的精密测量方法;③加载点位置相对于理想点的偏差给测试结果带来的不确定度的评价方法.实验结果表明,本测试结构硅纳米梁杨氏模量的测试值为(183.79±4.18)GPa.

关键词：纳机电系统纳米梁杨氏模量原子力显微镜弯曲测试

AFM微悬臂梁探针弹性常数各种标定方法的比较与分析

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传感技术学报 2015年第8期28卷 1161-1168页

作者：宋云鹏吴森傅星徐临燕天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

微悬臂梁探针是基于原子力显微镜(AFM)的微纳尺度力学测试中重要的力传感元件,其弹性常数的准确程度直接影响力学测量结果的可靠性。但是,目前已有的众多标定微悬臂梁探针弹性常数的方法都有各自的局限性,且准确性各异,因此需要对各种... 详细信息

微悬臂梁探针是基于原子力显微镜(AFM)的微纳尺度力学测试中重要的力传感元件,其弹性常数的准确程度直接影响力学测量结果的可靠性。但是,目前已有的众多标定微悬臂梁探针弹性常数的方法都有各自的局限性,且准确性各异,因此需要对各种方法进行对比来选择出最佳方法。选取三种商用悬臂梁探针利用本实验室搭建的基于天平法的可溯源微悬臂梁探针弹性常数标定仪对其法向弹性常数进行标定,之后再将相同悬臂梁用三种常用标定方法(尺寸参数法,Sader法,热噪声法)进行再次标定。对不同方法测量结果进行比较,分析并详细讨论每种方法的优缺点与适用范围。结果表明相比于其他方法,微悬臂梁探针弹性常数标定仪(天平法)可测范围广,精度高,可溯源,可成为精确标定各种悬臂梁探针弹性常数的最佳方法之一。

关键词：微悬臂梁原子力显微镜法向弹性常数标定

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基于显微激光多普勒的纳结构振动特性测试

光电子．激光 2008年第6期19卷 781-785页

作者：徐临燕栗大超邱晗胡小唐赵大博天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了分析NEMS典型器件静电激励纳米梁谐振器的振动特性,建立了测试中的关键模型:静电激励纳米梁谐振器的等效电学模型、纳米梁谐振器的等效机械模型,以及静电激励纳米梁谐振器在受激状态下受到的静电力与静电激励的相互关系模型。利用... 详细信息

为了分析NEMS典型器件静电激励纳米梁谐振器的振动特性,建立了测试中的关键模型:静电激励纳米梁谐振器的等效电学模型、纳米梁谐振器的等效机械模型,以及静电激励纳米梁谐振器在受激状态下受到的静电力与静电激励的相互关系模型。利用基于显微激光多普勒的纳结构离面振动测试系统,对静电激励纳米梁谐振器的离面振动特性进行了测试,测试结果验证了建模的正确性,同时对NENS加工工艺进行了评价和表征。

关键词： NEMS 显微激光多普勒振动特性谐振频率静电激励纳米梁谐振器

计量型AFM力曲线功能的开发及其在纳米振动测量中的应用

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纳米技术与精密工程 2010年第5期8卷 401-405页

作者：栗大超邱晗徐临燕傅星胡小唐天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

提出了一种在计量型原子力显微镜(AFM)上开发力曲线功能模块的方法.通过在计量型原子力显微镜上增加可调三角波发生器、信号切换和缓冲电压保护电路,对计量型原子力显微镜的内部驱动信号和外加驱动信号进行了平滑切换,避免了原子力显微... 详细信息

提出了一种在计量型原子力显微镜(AFM)上开发力曲线功能模块的方法.通过在计量型原子力显微镜上增加可调三角波发生器、信号切换和缓冲电压保护电路,对计量型原子力显微镜的内部驱动信号和外加驱动信号进行了平滑切换,避免了原子力显微镜压电陶瓷驱动器的剧烈变化,实现了计量型原子力显微镜的力曲线功能.采用开发的力曲线模块绘制了计量型原子力显微镜的力曲线图形,基于力曲线功能测量了纳米梁谐振器的离面振动特性,并与显微激光多普勒测振仪的测振结果进行了比对,实验结果表明本文提出的方法和建立的系统是正确的.

关键词：计量型原子力显微镜力曲线纳米梁谐振器振动测量显微激光多普勒

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复杂微结构三维形貌测量方法的研究

光电子．激光 2006年第1期17卷 98-101页

作者：胡春光胡晓东徐临燕郭彤胡小唐天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉图建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统(MEMS)器件的... 详细信息

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉图建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统(MEMS)器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0.5 nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0.5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。

关键词：微结构三维形貌测量相移显微干涉术二维结构模板生长算法

坚持“爱、严、细”的原则　提高内地西藏班质量

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中国民族教育 1994年第1期 31-32页

作者：徐临燕国家教委民族教育司援藏办

坚持“爱、严、细”的原则提高内地西藏班质量徐临燕１９８５年以来，在党和政府的直接关怀下，国家及各有关省市地方政府克服重重困难，投入大量人力、物力和财力，在全国各有关省、市兴办了内地西藏班和西藏中学。近１０年来，广大教... 详细信息

坚持“爱、严、细”的原则提高内地西藏班质量徐临燕１９８５年以来，在党和政府的直接关怀下，国家及各有关省市地方政府克服重重困难，投入大量人力、物力和财力，在全国各有关省、市兴办了内地西藏班和西藏中学。近１０年来，广大教职员工和各省、市地方政府有关领导做...

关键词：内地西藏班藏族学生学习态度初中班民族教育社会经济发展教育法规初中教育政治业务素质自我服务

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CD-AFM扫描图像的三维拼接方法

纳米技术与精密工程 2015年第3期13卷 219-225页

作者：胡小唐李凯凯徐临燕胡晓东吴森精密测试技术及仪器国家重点实验室(天津大学) 天津300072

基于原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)的关键尺寸(critical dimension,CD)测量技术可有效测量MEMS结构的侧壁形貌和线宽,针对CD-AFM的关键共性技术之一提出了一种三维图像拼接方法,旨在把结构正表面图像和侧壁图像拼接成为一... 详细信息

基于原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)的关键尺寸(critical dimension,CD)测量技术可有效测量MEMS结构的侧壁形貌和线宽,针对CD-AFM的关键共性技术之一提出了一种三维图像拼接方法,旨在把结构正表面图像和侧壁图像拼接成为一幅完整的三维图像.通过旋转样品的方式,利用AFM扫描结构形貌,分别得到其正表面和侧壁的扫描图像.在两幅图像的重叠区域进行图像预处理和快速图像相关匹配,可准确获取图像匹配点.随后,对侧壁扫描图像进行逐列翻转、切割、旋转和拼接等操作,最终可得到结构的三维形貌图像.采用C++语言编写的算法对AFM获得的实际扫描图像进行了三维拼接,拼缝边缘曲线相似程度达到97.62%,结果表明该算法具有很好的准确度.

关键词：关键尺寸原子力显微镜侧壁形貌三维图像拼接