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研究生: 黃彥蒲
Huang, Yen-Pu
論文名稱: 輕敲式原子力顯微鏡系統參數對探針磨耗之影響
Effects of system parameters of tapping mode atomic force microscope on tip wear
指導教授: 林士傑
Lin, Shin-Chieh
口試委員: 林增耀
張禎元
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 輕敲式原子力顯微鏡探針磨耗實驗設計盲目重建法表面粗糙度
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  • 原子力顯微鏡是被廣泛運用於奈米量測的設備。輕敲模式的原理是對懸臂樑探針在其共振頻率下振動,利用回饋系統維持固定的探針振幅設定點做三維奈米尺寸的掃描。
    本論文目的在探討系統參數對探針磨耗的影響,因在執行量測時探針尖銳度對量測的影像品質影響重大。先前的研究已討論振幅設定點的影響,並利用盲目重建法來估算探針形貌。然而,仍有其他系統參數可能影響探針磨耗,且如何更準確的評估探針狀態也是值得探討的問題
    本研究選擇四個系統參數做實驗設計,探針、自由振幅、相對設定點、掃描速率。方法是對一極硬的樣本連續擷取影像,其影像解析度的下降可視為探針磨耗的影響。根據量測結果的變化過程,選擇不同的指標判斷影響探針磨耗的參數。除盲目重建法外,本研究另提出利用樣本表面粗糙度評估探針狀態的方法。
    由結果指出,除了振幅設定點外,其他參數也會影響探針磨耗,且參數間可能存在交互作用;利用樣本表面粗糙度評估探針狀態也是可行的方法。


    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機與目的 4 第二章 文獻回顧 6 2-1 原子力顯微鏡基本原理 6 2-1-1 原子間作用力 6 2-1-2 原子力顯微鏡基本架構 8 2-1-3 壓電掃描器 9 2-1-4 力感測系統 10 2-1-5 回饋系統 11 2-2 輕敲模式 13 2-2-1 輕敲模式簡介 13 2-2-2 輕敲模式之運動方程式 13 2-2-3 振幅設定點 15 2-2-4 探針對樣本表面之衝擊力 16 2-3 原子力顯微鏡的成像原理 17 2-3-1 點資料矩陣 17 2-3-2 偽影 18 2-3-3 掃描彎曲現象及平坦化處理 20 2-4 探針三維形貌的評估 21 2-5 輕敲模式下的探針磨耗 24 2-6 文獻回顧總結 26 第三章 實驗規劃與設備 27 3-1 實驗規劃 27 3-2 實驗設備 32 第四章 實驗結果與討論 35 4-1 實驗結果 35 4-2 磨耗指標選擇 39 4-3 ANOVA分析 43 4-4 因子效果討論 50 4-4-1 探針材質主效果 51 4-4-2 自由振幅主效果 55 4-4-3 相對設定點主效果 59 4-4-4 掃描速率主效果 64 4-4-5 探針材質和自由振幅交互作用效果 68 4-4-6 探針材質和掃描速率交互作用效果 72 4-5 探針之SEM檢測結果 77 第五章 結論及未來工作 80 5-1 結論 80 5-2 未來工作 81 參考文獻 83

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