[发明专利]AFM针尖磨损测量方法

说明书

本发明提供了一种AFM针尖磨损测量方法，属于原子显微镜的探针标定技术领域。包括如下步骤，基于已知针尖尺寸的AFM获取纳米台阶的台阶宽度L₁；基于待测针尖尺寸的AFM获取相同的纳米台阶的台阶宽度L₂；根据所述台阶宽度L₁和L₂的差值，获取待测针尖的半径尺寸。本发明提供的AFM针尖磨损测量方法，通过基于已知针尖尺寸的AFM与待测针尖尺寸的AFM测量相同的纳米台阶结构，并依据可直接获取的结构参数计算获得待测针尖的尺寸参数，操作简单，可以实时进行测量，为AFM的测量和实验结果分析提供准确的针尖结构数据，测量结果真实可靠。

技术领域

本发明属于原子显微镜的探针标定技术领域，更具体地说，是涉及一种AFM针尖磨损测量方法。

背景技术

随着航天、国防等尖端技术的发展，要求零件具有高性能、高质量、高稳定性以及小型化的特点，人们的认识逐渐从宏观尺度进入到微观尺度，促进了超精密加工技术的出现。超精密加工精度受到加工机理、加工材料、加工方法、加工工艺等因素的影响，判断超精密加工零件的加工质量是否达标，对测量工具的精度提出了更高的要求。

原子力显微镜(atomic force microscopes简称AFM)作为一种实用的超精密检测工具，没有真空环境、样品导电的要求，与光学显微镜、电子显微镜相比，AFM能够获取真正的三维形貌信息，所以能够测量微结构高度、侧边倾角，以及超精密加工表面的粗糙度信息等，AFM是目前表征表面纳米微观结构的最佳手段之一。

AFM扫描图像是探针针尖与样品表面形貌卷积的结，从成像原理上讲，AFM的探针针尖尖端的几何尺寸越小，测量精度越高。AFM扫描过程中会由于污染、磨损导致探针针尖的尖端尺寸变大，降低AFM的横向分辨率，而纳米尺寸结构的准确测量、力学表征以及粗糙度测量都要求获得准确的针尖尺寸信息，所以掌握针尖尖端结构对于分析实验结果具有很重要作用。

发明内容

本发明提供了一种AFM针尖磨损测量方法，旨在解决现有技术中AFM针尖磨损后横向分辨率降低、测量数据失真的技术问题，此方法可以实时测量针尖的磨损情况，为接下来的测量和实验结果分析提供准确的针尖结构数据，保障测量结果真实可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种AFM针尖磨损测量方法，包括如下步骤，

基于已知针尖尺寸的AFM获取纳米台阶的台阶宽度L₁；

基于待测针尖尺寸的AFM获取相同的纳米台阶的台阶宽度L₂；

根据所述台阶宽度L₁和L₂的差值，获取待测针尖的半径尺寸。

进一步地，所述基于已知针尖尺寸的AFM获取纳米台阶的台阶宽度L₁以及所述基于待测针尖尺寸的AFM获取相同的纳米台阶的台阶宽度L₂的计算过程如下：

其中,

R₁为已知尺寸的针尖圆弧半径；

R₂为待测尺寸的针尖圆弧半径；

h为纳米台阶的高度；

L₀为纳米台阶的边缘肩部宽度；

α为探针进入纳米台阶时扫描轨迹与纳米台阶的夹角；

β为探针离开纳米台阶时扫描轨迹与纳米台阶的夹角。

进一步地，所述根据所述台阶宽度L₁和L₂的差值，获取待测针尖的半径尺寸的计算过程如下：