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基于AFM调制脉冲电压下纳米加工研究

作　者: 吴雄喜
导　师: 张立彬
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 纳米加工扫描探针显微镜扫描隧道显微镜原子力显微镜场致氧化
分类号: TG669
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

纳米技术发展的最终的目的是加工出特定功能的纳米器件。加工纳米量级结构是整个纳米技术的基础,已成为当前世界科学研究急需解决的问题。扫描探针显微镜(SPM)大大扩展了表面信息研究的空间,对纳米科学的发展起着重要的推动作用。基于AFM的电子束纳米光刻技术作为SPM纳米加工技术的一个重要分支,在理论和实验方面还不是非常成熟,需要进一步的研究和探索。本文对大气状态下基于AFM的电场加工进行了系统的研究和分析,以期探索一种加工出更加稳定、具有更快的加工速度、良好性能的氧化结构的纳米加工方法。主要研究内容如下: 研究样品-探针间的高密度电流如何受偏置电压和探针-样品间距的影响;研究探针与样品间的电场分布特点并对其进行Matlab模拟;研究AFM的氧化加工的动力学过程及大气环境下AFM电场诱导氧化机理及特性,为后续分析加工结果提供依据;利用AFM进行场致氧化加工,分析在直流偏置电压下偏置电压对氧化结构的影响及其结构特点,脉冲电压下脉冲幅值和脉沖频率对氧化结构的影响及其结构特点,分析在直流和脉沖电压下氧化结构不同的原因;验证在脉冲调制电压下的脉沖效应。

全文目录

第一章绪论  9-23
  1.1 纳米技术  9-10
  1.2 纳米制造及加工技术  10-15
    1.2.1 纳米制造技术研究内容  10-12
    1.2.2 微细加工技术  12-15
  1.3 扫描隧道显微镜  15-18
    1.3.1 扫描隧道显微镜工作原理  15-17
    1.3.2 STM的组成  17-18
  1.4 原子力显微镜  18-20
    1.4.1 原子力显微镜组成及工作原理  18-19
    1.4.2 原子力显微镜的工作模式  19-20
  1.5 AFM场致氧化加工所具有的优点  20-21
  1.6 论文的选题背景及研究内容  21-23
    1.6.1 论文的选题背景  21-22
    1.6.2 研究内容  22-23
第二章扫描探针电场加工理论  23-36
  2.1 扫描探测原理  23
  2.2 场致电子发射理论  23-24
  2.3 探针与样品之间的场致电子发射  24-28
  2.4 探针与样品之间的电场分布及模拟  28-35
    2.5.1 SPM扫描点阵加工方式  31-33
    2.5.2 SPM矢量加工方式  33-35
  2.6 小结  35-36
第三章 AFM的电场诱导阳极氧化理论  36-48
  3.1 阳极氧化理论  36-37
  3.2 AFM场致局部氧化加工  37-38
  3.3 大气环境下AFM电场诱导氧化加工机理  38-40
  3.4 大气环境下扫描探针场致加工的特点  40-42
  3.5 SI:H硅表面的电场氧化机理  42-45
  3.6 AFM氧化加工中的电容效应  45-46
  3.7 场致氧化加工中的其它可能存在的机理  46-47
  3.8 小结  47-48
第四章基于AFM的场致氧化加工的实现  48-60
  4.1 实验准备  48-51
    4.1.1 导电探针的选用  49
    4.1.2 样品的制备  49-51
  4.2 利用直流电压加工线结构  51-53
  4.3 脉冲调制下的AFM诱导生成氧化结构  53-59
    4.3.1 脉冲调制下的AFM诱导氧化加工点状结构  53-55
    4.3.2 利用脉冲电压加工线结构  55-59
      4.3.2.1 脉冲的频率对氧化线的影响  56-57
      4.3.2.2 脉冲频率的选择及电容效应的影响  57-59
  4.4 小结  59-60
第五章总结与展望  60-62
  5.1 总结  60
  5.2 论文的创新点  60-61
  5.3 展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间参加的科研项目与发表的学术论文目录  66

基于AFM调制脉冲电压下纳米加工研究

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