专利名称:用于原子力显微镜的二维微动平台和微力学参数测试方法
技术领域：
本发明涉及一种用于原子力显微镜的二维微动平台和微力学参数的测试方法，进
行检测和分析微加工制造的微结构的力学参数，属于微力学测试分析领域。
背景技术：
微机电系统(MEMS)加工制造的各种微小器件均是由微悬臂梁、薄膜等基本结构单元组成，这些微小结构单元能够感知外界的振动、热等并将其以电或其它形式的信号传递出去。振动和热等外界作用将导致微结构的形变，形变量的大小决定了器件的灵敏度和量程等参数。因此，为了获得达到设计需要的参数，加工制造控制工艺至关重要。同时，对微结构尤其是微悬臂梁弹性系数的检测更是不可缺少，这直接为设计和加工提供极为必要的数据。 一般而言，微悬臂梁等结构单元的尺寸从纳米到几百微米长度，制备的微结构具有三维结构特征。对微结构进行基本的力学量检测是一个重要的研究内容，包括如弹性系数、共振频率、杨氏模量、疲劳特性等静态和动态特性参数。微结构的力学性质已经成为微纳系统实用化道路上人们最为关注的一个核心内容。目前已有一些设备仪器可以用来表征微结构的力学特性，在各种微分析测试系统中，如利用原子力显微镜、纳米压痕仪、光学干涉仪等设备已应用在微结构的力学特性测试中，往往需要设备能够给出纳牛纳米尺度分辨的精度。在纳米压痕仪中，设备能够精确地给出从微牛顿到毫牛顿的力及纳米分辨的位移，但在纟内牛载荷(nN)下精度不高[Holbery J D and Eden V L， Acomparison of scanningmicroscopy cantilever force constants determined using ananoindentetion testingapparatus. Journal of Micromechanics andMicroenginering. 2000， 10 :85-92.]。 通常的光学检测方法有较大的视场但只能进行静态测试而不能主动施加力载荷[0' Mahony C，Hill M，Br皿et M，DuaneR and Mathewson A 2003 Characterization of micromechanicalstructures usingwhite-light interferometry Meas， Sci. Technol. 14 1807-14]。 目前基于原子力显微镜(AFM)的测试方法，能够给出纳牛顿纳米尺度分辨的精度。利用其能够精确给出的位移和共振频率等参数，并利用已知的悬臂梁结构参数等，就可得到悬臂梁等结构的弹性系数[Cornelia B T，Scanlon M R，The determination ofthe elastic modulusof microcantilever beams using atomic force microscopy, Journal of MaterialsScience,2000， 35 :567-572]。
原子力显微镜是目前较为广泛使用的一种用于表面结构参数的检测设备，具有很高的横向和纵向位移分辨率，纵向分辨率可以达到0. Olnm ;通过Z轴垂直方向的驱动机构压电陶瓷PZT(PbZrTi(^锆钛酸铅陶瓷)扫描管可以施加给扫描探针微小的力载荷。当被测试的微结构放置在平台上，置于扫描探针下时，就可以通过其中的探针和微结构接触的弹性形变测量相应的力学量。原子力显微镜是微纳米尺度科学研究中具有较高力和位移分辨的仪器，科研人员一直都在使用其中的某些功能用来测试，但是不能够直接有效地进行表征和综合分析，不能自动提取力学参数。因此，需要专用的测试设备和相应的专用测试分析软件控制系统。[0004] 目前，基于原子力显微镜下的微纳米尺度的力学测试平台和相应的用来原位提取力学参数的测试软件系统却始终是一个空白，研究和开发基于原子力显微镜的力学相关测试系统成为发展的趋势。更主要的一个问题是原子力显微镜扫描面积通常只在几个平方微米的尺度，如DI公司的原子力显微镜，其扫描管PZT的扫描面积约为5X5平方微米，所观察的表面通常是二维的。而微结构器件一般都在几十、几百甚至几千微米，样品一旦置于测试平台上，就只能采用手动方式移动样品，使样品定位到微探针下，这极大限制了它在微结构力学测试上的应用。日本精工Seiko II， SPA 400型系统具有微动平台结构，可以在毫米和厘米尺度间移动，其特征是移动平台置于探针上，就是当微动平台移动时，探针随之一起移动，这样可以有较大的移动空间范围，方便实用，但其相应的系统只含有常规的扫描测试和表面分析，没有相应的力学测试分析和数据自动提取功能。因此，本发明试图开发一种基于原子力显微镜的微结构测试用的移动平台和微力学测试方法，使之能够完成较大尺度的测量同时又具有较高的微纳米尺度的分辨精度。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于原子力显微镜的二维微动平台及微力学测试方法，本发明重点进行了适应微纳结构测试的基于原子力显微镜的平台测试系统的开发和相关力学测试方法。本发明旨在上海爱建纳米科技发展有限公司生产的AJ-III型号的原子力显微镜的基础上开发了用于微纳结构的力学测试微动平台，其中，该设备原来不具备在较大尺寸毫米量级上的水平移动功能。因此，所以本发明在硬件上设计了二维微动平台(图1中2)，使之具有较大的横向位移，保证微纳结构器件在原子力显微镜下方便移动和测试。图2是二维微动平台和扫描管PZT联动系统结构示意图。这样就能够方便地调整微动平台上微结构样品在探针下的精确定位的需求，而探针保持不动。基于原子力显微镜中主要的力_位移曲线等测试功能所建立的测试方法，用来直接进行微结构、微器件的力学测量和评估，直接提取微结构的力学量，针对悬臂梁等结构，获得弹性系数、杨氏模量、应力等力学参数。这样能够方便、自动、有效进行微结构的力学特性的测试分析和参数的提取，可以实施固定点的力学参数提取、多点微区分辨的测量和单线连续扫描下的弹性系数获取等测试功能。测试具有较好的一致性和使用性，能够方便地进行力学量的提取。研发出的微区力学特性和参数提取的算法已经固化在原测试系统中，实现微力微位移下的微区力学特性精确分析，并在MEMS加工平台上实现应用。
原设备包括底座可视CCD (coupled charge device,电荷耦合器件)系统，PZT扫描管和相应的光学检测系统。扫描管PZT在电压驱动下能够在X、Y、Z三个方向上进行微纳米尺寸移动，PZT扫描管的最大扫描位移为5微米，因原有的扫描管PZT是固定在底座上，底座不能在水平方向上移动，因此，原有的PZT扫描管系统只能移动、观察和扫描的很小面积。底座上包含自动马达螺杆固定槽(图2中4)，手动进针螺杆固定槽(图2中3)，扫描检测用的悬臂梁探针安装在探针夹具中，激光照射到悬臂梁上反射进入光学检测器。本发明提供的二维微移动平台是由钢材制备的，中心的开孔用来安装PZT扫描管(图2中7);其中在互相垂直的水平X和Y位置上，有两个X、 Y方向的调节旋钮(图1中5，6)，两个旋钮连接两个驱动杆(外面不可见)，两个驱动杆与PZT扫描管固定连接。当旋转X、Y调节旋钮时，旋钮带动连接杆驱动扫描管就能够在水平方向进行移动。光学反馈原理和微力测试原理的部分结构装置如图3所示意。
对制造好后的二维微移动平台进行了调试，其在水平方向上的移动范围可达3X3平方毫米，这满足了一般微器件结构尺寸的测试。将安装在AFM系统上的二维微动平台上进行了标准扫描测试，包括对光栅和DNA分子的检测，用来考察分辨率，漂移等。系统硬件的分辨率可以通过扫描光栅或者扫描DNA样品得以实现，该系统可以多次重复得到DNA的图像，分辨率达到了原AFM测试的要求；系统的稳定性可以通过长时间扫描样品表面固定特征点图像的漂移程度，在扫描间隔时间为40分钟内，特征点在X方向漂移0. 5微米左右，Y方向漂移小于O. l微米，这表明系统很稳定。测试表明移动平台的引入没有造成系统的不稳定。加工制作的微动平台系统具有较好的抗震作用，系统通过测试具有较好的稳定性和重复性。也就是系统在安装配置二维微移动平台后，AFM系统的性能没有受到影响。[0008] 在测试上，基于原有操作系统平台的基础上，设计了力学特性测试控制程序，可以原位提取力学参数。主要包括下面几个方面的力学测试功能微结构上固定点的力学参数测试；微区内逐个点的连续测试分析和微区内连续各点的力学测试等，实现弹性常数k、杨氏模量E等参数的提取。涉及到的主要数据包括参考悬臂梁的弹性系数，被测试悬臂的长、宽、厚尺寸和在悬臂梁上进行选择长度的位置参数。参考悬臂梁在硬基底上固定点、微区逐点的力曲线斜率，以及微区内连续点扫描下恒定力和扫描长度(X， Y)、Z方向形变数据；参考悬臂梁在被测试悬臂梁上的固定点和微区内逐点的力曲线斜率，以及微区内连续点的恒定力和扫描长度(X， Y)、悬臂梁在Z方向的形变数据。由此获得被测试悬臂梁固定点的杨氏模量，微区内逐点弹性系数，微区内连续点的弹性系数和形变量等数据。[0009] 系统的主要力学测试方法简述如下基于原子力显微镜中对扫描管PZT和悬臂梁的力-位移控制功能，利用弹性系数已知的参考悬臂梁对被测试悬臂梁施加力载荷进行悬臂梁压悬臂梁的接触测试，从悬臂梁的形变量和所施加的力载荷等数据获得未知悬臂梁的力学参数。测试分两个步骤来完成，首先将弹性系数为kMf的已知参考悬臂梁与一个光滑的表面硬度或者弹性系数很大的样品表面接触(如平坦的硅表面，称之为硬基底)，获得其总形变量St。t，然后将参考悬臂梁与未知弹性系数k的悬臂梁(相当于软的结构)相互接触获得在未知悬臂梁上的形变量、^数据；考虑到原子力显微镜中悬臂梁是以一定倾斜角度e放置的，9为两个悬臂梁之间的夹角，如图3(a)(b)所示，其中，(a)为一个悬臂梁在硬基底上测试过程，(b)为一个悬臂梁在另外一个悬臂梁上的测试过程，图中的PSD是四
象限位置敏感检测器。经适当推导可以得到未知悬臂梁的弹性系数为,
,
cos(61)
,，、
"、/ ; x (1)
上式中，k是待测的未知悬臂梁的弹性系数，kref是已知悬臂梁的弹性系数，S w是参考悬臂梁的总形变量，S test是在被测试悬臂梁上的形变量，对于厚度t，宽度W，长度L的悬臂梁，其法向方向的弹性系数、结构参数和杨氏模量E的关系为
(2)4丄3
在普遍情况下，当在悬臂梁上施加力载荷AF时(差分力AF为施加力的大小，是两个不同力的差)，悬臂梁在法向Z方向将发生形变A Z， A Z可以称之为差分位移，随在悬臂梁上位置的不同，当施加同一载荷时候，AZ不同。在弹性范围内，弹性系数表示为[0014]"—— (3)Az
具体实施步骤
原有的AJ-III型测试系统不具有水平移动功能，根据现有的AJ-III型的结构，采用将扫描管安装在移动平台上的方案，这对原设备系统是一次更新。通过移动平台移动扫描管，达到在XY平面上精确移动扫描管上样品的目的。设计的XY平面微动平台的结构图如图1所示。主要包括安装固定在底座上的二维微动平台2，以及两个相互垂直用来连接和驱动二维微动平台的螺杆，两个螺杆由两个相应的调节螺钮控制(图1中5和6)，旋转螺钮则可以在X和Y方向水平移动平台。二维微动平台和底座均由钢材制备的。利用环氧胶将PZT扫描管7(图2中7)固定安装到二维微动平台的中心孔上，包含PZT扫描管的二维微动平台然后再固定到原AFM系统中。这样当旋转螺钮时，螺钮带动连接杆驱动扫描管就能够在水平方向进行移动，获得较大的移动范围，微动平台在X和Y方向上的移动位移均为3毫米，PZT扫描管的最大扫描位移为20微米，以次来保证悬臂梁探针能够在微结构上进行大范围移动。原有结构中包含的手动进针和马达进针控制螺杆槽均安装在底座下部，底座下还包含减少振动的装置，避免在水平位移和进针过程中的震动干扰。图4是安装了PZT后的微动平台。
对装配了二维微动平台后的AFM系统主要测试了分辨率，漂移和定位三方面的性能。在微米量级，参考悬臂梁探针可以成功定位在悬臂梁上的某一特定位置。系统硬件的分辨率可以通过扫描光栅或者扫描DNA样品得以实现，测试结果表明，该系统可以多次重复得到DNA的图像，这满足使用要求。系统的稳定性可以通过长时间扫描时，测试样品表面固定特征点图像的漂移程度，在扫描范围IO微米X10微米上，扫描间隔时间为40分钟。特征点的X方向漂移在0. 5微米左右，Y方向漂移小于0. 1微米，结果表明系统很稳定。[0018] 试验测试前，将样品放置在包含微动平台的PZT表面，然后在可视CCD的视野下，调节二维微动平台，使参考悬臂梁探针移动到被测试的微悬臂梁上，一旦位置选定，即可进行力学测试。
力学参数测试主要包括以下几个方面微结构上固定点的力学参数测试；微区内逐个点的连续测试分析和微区内连续各点的力学测试等，实现弹性常数k、杨氏模量E等参数的提取。涉及到的主要数据参数如下。输入的主要参数包括参考悬臂梁的弹性系数和在悬臂梁上进行选择长度的位置参数，被测试悬臂的长、宽、厚尺寸。实施测试的数据包括参考悬臂梁在硬基底上固定点、微区逐点的力曲线斜率，以及微区内连续点扫描下恒定力和扫描长度(X，Y)、Z方向形变数据；参考悬臂梁在被测试悬臂梁上的固定点和微区内逐点的力曲线斜率，以及微区内连续点的恒定力和扫描长度(X，Y)、悬臂梁在Z方向的形变数据。输出得到的数据包括被测试悬臂梁固定点的杨氏模量等参数，微区内逐点弹性系数，微区内连续点的弹性系数和形变量等数据。
在微结构上固定点的力学参数测试，实际上是单点的单次力曲线测试，测试过程如图4所示意。首先用已知弹性系数的参考悬臂梁探针在硬基底进行第一个力-位移曲线测试，获得其斜率数据；然后，在待测试的悬臂梁上，在CCD视野观察下，移动二维微动平台，选择好待测试的位置，将参考悬臂梁置于待测试的微悬臂梁上所选定的位置进行第二个力-位移曲线测试，得到相应的斜率。由给定参考悬臂梁的弹性系数，利用公式(1)计算待测试悬臂梁的弹性系数；由给定待测试悬臂梁的结构参数，再由相应的公式(2)计算直接获得待测试的未知悬臂梁的杨氏模量和悬臂梁根部的应力等。
在微区逐点进行力-位移功能测试是为了获得在微结构内一定微区域上微纳米尺度上不同点的力分辨，测试过程如图5所示意，如小于1微米尺度内的不同位置点的自动移动测量，避免了手动测量的定位不准确性所带来的误差。首先选定扫描面积，然后设定数个待测试点。基本操作顺序同固定点相同。然后执行力-位移测试，进行逐点自动测试，得到悬臂梁上逐点力-曲线数据，提取其斜率数据，按照给定公式(1)计算。经过测试和计算得到各个位置点对应的弹性系数。
微区连续弹性系数测试实际上是参考悬臂梁探针对被测试悬臂梁上某一微小区域内连续弹性系数分析测试，是单线的力扫描方式，测试过程如图6所示意。首先在硬基底上进行选区，然后设置力载荷和扫描尺寸，执行参考悬臂梁在硬基底上的连续扫描，获取恒定力下和扫描位置(悬臂梁X、Y方向，如图3内坐标示意)、Z方向形变数据；然后在CCD视野下和微动平台的操作下，将参考悬臂梁置于被测试悬臂梁上微区内，设置几个不同水平大小的力载荷和相同扫描尺寸，执行扫描测试，程序自动变化载荷(差分力)将力施加到悬臂梁上，这样能够获得悬臂梁在不同载荷下的位移变化(形变量)，按照公式(3)，通过差分力和位移就可以得到在悬臂梁的扫描长度方向上微结构弹性系数随扫描长度的变化关系。图8是一个测试结果。
图l，二维移动平台结构图
图2， 二维微动平台和PZT联动系统结构示意图；
图3，原子力显微镜下基于探针的力学测试方法，其中(a)是一个探针在硬基底上
的形变测试，(b)是此探针在另一个悬臂梁上的形变测试；
图4，固定点测试流程。
图5，微区逐点力分辨测试流程。
图6，微区连续点单线扫描流程。
图7，参考悬臂梁分别在硬基底(左)和微悬臂梁上(右)的力曲线示意图。[0030] 图8，微悬臂梁在力载荷的作用下位移挠曲分辨，悬臂梁探针在硬基底上的单线力曲线扫描示意，初始扫描点和结尾扫描点的纵向位移形变没有变化(a)，图(b)是在扫描范围为IO微米的范围内，靠近根部和尾部的形变分析。其中上半部分是在不同力载荷设置点下的形变，而下半部分是在长度方向上的弹性系数变化(只计算了其中的一组)。[0031] 图中1表示底座，2表示二维微动平台，3表示手动进针螺杆固定槽，4表示自动马达螺杆固定槽，5和6分别表示相应的两个螺钮5和6 (以及互相垂直的驱动螺杆)，7表示PZT扫描管，8表示样品或者是待测悬臂梁，9表示入射激光，10表示参考悬臂梁，11表示光检测器。
具体实施方式
实施例1 ， 二维微动机械平台的实施
二维微动平台如图l和2所示，主要包括安装固定在底座上的二维微动平台2，PZT扫描管通过环氧胶固定在二维微动平台2的中心孔中，二维微动平台是由两个调节旋钮(图1中5)和(图1中6)控制互相垂直的驱动螺杆。二维微动平台和底座均由钢材制备的，在二维微动装置上再固定安装PZT扫描管7，调节旋钮5和6连接驱动杆，驱动杆与二维微动平台与PZT扫描管固定连接，以便移动扫描管和相应样品的位置。然后将微动平台再放置到底座8上固定。当调节旋钮时，旋钮带动连接杆驱动扫描管就能够在X和Y水平方向进行移动，获得较大的移动范围，微动平台在X和Y方向上的移动位移均为3毫米，PZT扫描管的最大扫描位移为20微米，以保证悬臂梁探针能够在微结构上进行移动。结构图中的手动进针和马达进针控制螺杆槽均安装在头部的底盘下部。底盘上还包含减少振动的装置，避免在水平位移和进针过程中的震动干扰。
实施例2，固定点、微区逐点和连续点三种情况下的悬臂梁力学参数的测试[0035]
试验是在室温超净间环境下进行的，温度251:，湿度40-60%之间。按照图4程序进行测试，在长度为100iim、宽度40iim、厚度1.55iim的硅(100)表面上，沿着〈110〉晶向制备的微悬臂梁结构，利用弹性系数k = 16N/m的悬臂梁测试(厂家提供)，得到待测量的悬臂梁尾端的弹性系数为6.2N/m。由计算得到单晶硅的杨氏模量E二 165GPa，接近目前公
认的169GPa。按照理论计算，由公式& = 4^4<^3计算可以得到弹性系数，其中，E是硅的杨
4 /
氏模量，w是悬臂梁的宽度，t是厚度，1是长度。如果取单晶Si的杨氏模量为169GPa，得到弹性系数为6. 3N/m，同测试数值比较，估计误差在2%。理论计算表明，在悬臂梁横向上的弹性系数最大误差不超过2%，因此，微区弹性系数分辨测试主要体现在悬臂梁的长度方向上。图7是测试的一个例子，参考悬臂梁分别在硬基底和未知悬臂梁上的力-位移曲线。[0036] 按照图5程序进行类似的微区力分辨功能测试，是为了获得在微结构内一定微区域上不同点的力分辨，如小于1微米尺度内的不同位置点的自动测量，避免手动测量定位不准确所带来的误差。测试后，经计算得到各个位置点对应的弹性系数。选择1微米X 1微米扫描面积，然后沿悬臂梁的长度方向选择3个点进行测试，如，均匀点间距200nm。从悬臂梁的根部到端部，连续选择三个点后进行测试，弹性系数分别为9. 04N/m，8. 40N/m，8. 15N/m。经比较，结果偏差在3. 5%-7%之间。
按照图6流程进行测试，保持探针在恒定力的作用下，连续在微结构上自动移动探针。通过设置几个不同力的参考点，系统自动变化载荷(差分力)将力施加到悬臂梁上，这样能够获得悬臂梁在不同载荷下的位移变化，即形变量，通过差分力和形变量就可以得到在悬臂梁的扫描长度方向上微结构弹性系数随扫描长度的变化关系。图8示意的一个例子。
试验选择弹性系数为0. 8N/m的悬臂梁，其长度为200 y m，宽度为40 P m，厚度为1. 55 ii m。利用弹性系数为16N/m的参考悬臂梁压在靠近悬壁根部70-80 y m处，扫描长度lOym，实验中探针的扫描速率为lHz。测试的位移分辨达到2nm。除了在悬臂根部外，存在较大误差，在整个测试的长度上，得到了悬臂梁弹性系数随长度的变化关系，结果与理论是一致的，弹性系数k与长度L的三次方成反比，弹性系数从14. 20N/m变化到11. 39N/m。远离根部弹性系数明显变小，测试结果曲线中的起伏可以明显观察到。这是由于，即使没有外界噪声，两个悬臂梁在扫描过程中相互接触运动产生了类似于共振效应的结果。单线扫描测试后，保持探针在原位，将测试模式转换到单次模式下进行单点的弹性系数测试，用来比较与单线扫描模式下所获得的弹性系数。原位测量得到弹性系数为13.40N/m，这位于单线扫描模式下的弹性系数从14. 20N/m到11. 39N/m之间，由此结果可知系统具有较好的一致性。
权利要求
一种用于原子力显微镜的二维微动平台，其特征在于，二维微动平台(2)的中心开孔用于安装PZT扫描管(7)，其中在互相垂直的X和Y位置上分别有两个调节旋钮(5)、(6)，两个调节旋钮连接两个驱动杆，两个驱动杆与PZT扫描管连接，所述的二维微动平台固定在底座(1)上。
2. 按权利要求
1所述的用于原子力显微镜的二维微动平台，其特征在于所述二维微动 平台水平方向上的位移范围为3X3平方毫米。
3. 按权利要求
1所述的用于原子力显微镜的二维微动平台，其特征在于二维微动平台 和底座是由钢材制备的。
4. 按权利要求
1所述的用于原子力显微镜的二维微动平台，其特征在于通过环氧胶在 二维微动平台的中心孔中固定PZT扫描管，该二维微动平台固定在原子力显微镜系统中。
5. 按权利要求
1或4所述的用于原子力显微镜的二维微动平台，其特征在于PZT扫描 管的最大扫描位移为20微米。
6. 利用权利要求
1-5中任一项所述的用于原子力显微镜的二维微动平台进行力学参 数的测试方法，其特征在于原位提取悬臂梁的弹性系数和杨氏模量的参数测试分下述三种 情形中任一种A. 在微结构上固定点的力学参数测试，也即单点的单次力曲线测试，测试步骤是首 先用已知弹性系数的参考悬臂梁探针在硬基底进行第一个力-位移曲线测试，获得其斜率 数据；然后，在待测试的悬臂梁上，在CCD视野观察下，移动二维微动平台，选择好待测试 的位置，将参考悬臂梁置于待测试的微悬臂梁上所选定的位置进行第二个力_位移曲线测 试，得到相应的斜率，由给定参考悬臂梁的弹性系数，利用公式(1)计算待测试悬臂梁的弹 性系数；由给定待测试悬臂梁的结构参数，再由相应的公式(2)计算直接获得待测试的未 知悬臂梁的杨氏模量和悬臂梁根部的应力；B. 在微区逐点进行力-位移功能测试，首先选定扫描面积，然后设定数个待测试点，基 本操作顺序同A所述的固定点相同，然后进行力-位移测试，进行逐点自动测试，得到悬臂 梁上逐点的力-曲线数据，提取其斜率数据，按照给定公式(1)计算，经过测试和计算得到 各个位置点对应的弹性系数；C. 微区连续弹性系数测试，也即参考悬臂梁探针对被测试悬臂梁上某一微小区域内连 续弹性系数分析测试，是单线的力扫描方式，步骤是首先在硬基底上进行选区，然后设置 力载荷和扫描尺寸，进行参考悬臂梁在硬基底上的连续扫描，获取恒定力下和悬臂梁X、 Y 方向的扫描位置、Z方向形变数据；然后在CCD视野下和微动平台的操作下，将参考悬臂梁 置于被测试悬臂梁上微区内，设置几个不同水平大小的力载荷和相同扫描尺寸，执行扫描 测试，程序自动变化载荷将差分力施加到悬臂梁上，获得悬臂梁在不同载荷下的位移变化 的形变量，按照公式(3)，通过差分力和位移就得到待测的未知悬臂梁的弹性系数；所述的公式(1) 、 (2) 、 (3)为 ^ (1)(2)(3)式中，k是待测的未知悬臂梁的弹性系数，k^是已知的参考悬臂梁的弹性系数，s w是参考悬臂梁的总形变量，s^t是在被测试悬臂梁上的形变量，e为两悬臂梁之间的夹角；厚度t，宽度W，长度L为待测悬臂梁的结构参数，E为杨氏模量；AF为差分力，AZ为悬臂梁在法向Z方向发生形变，也称之为差分位移；所述的硬基底是指平坦的硅表面，所述的CCD视野为可视的电荷耦合器件系统的视野。
7.按权利要求
6所述的用于原子力显微镜的二维微动平台进行力学参数的测试方法， 其特征在于在B情况下对应小于1微米尺度的微区内不同位置点的自动移动测量。
专利摘要
本发明涉及一种用于原子力显微镜的二维微动平台及力学参数的测定方法，其特征在于二维微动平台的中心开孔用于安装PZT扫描管，其中在互相垂直的X和Y位置上分别有两个调节旋钮，两个调节旋钮连接两个驱动杆，两个驱动杆与PZT扫描管连接，所述的二维微动平台固定在底座上。本发明所述的二维微动平台水平方向上的移动范围为3×3平方毫米，PZT扫描管的最大扫描位移为20微米。利用经改进的二维微动平台的AFM显微镜可进行在微结构上固定点的力学参数测试，在微取逐点进行力学-位移功能测试以及微区连续弹性系数的测试，均获得很好的一致性结果。
文档编号G01Q60/24GKCN101339816 B发布类型授权 专利申请号CN 200810041517
公开日2010年7月21日 申请日期2008年8月8日
发明者张波, 李昕欣, 郭久福, 鲍海飞 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan