原子力显微镜在材料成像和光存储中的应用

论文摘要

20世纪80年代,原子力显微镜的发明使人类不仅可以直接地观察纳米粒子,而且还可以直接地去操纵纳米粒子,因此原子力显微镜成为人类探索微观世界非常有力的工具。本文首先介绍了原子力显微镜的结构、工作原理及应用并在此基础上介绍了利用原子力显微镜对碳纳米线圈和ZnO薄膜的特性以及超高密度光存储进行的研究。碳纳米线圈这种特殊结构的材料,不仅继承了碳纳米管的优异导电性和机械强度,还因为其独特的螺旋结构使其具有优异的电磁性能,在微机械和微电子器件等领域极具应用价值,本文介绍了利用原子力显微镜成像技术来研究单根碳纳米线圈的特性。ZnO作为宽带半导体材料,在透明电极、压电器件、紫外受激发射器件等领域得到广泛应用。利用同质缓冲层方法在硅基底上可以获得高质量的ZnO薄膜。本文利用原子力显微镜结合X射线衍射,拉曼光谱,光致发光光谱对通过磁控溅射方法在Si(111)基片上制备带有ZnO缓冲层的ZnO薄膜进行研究,分析了在不同温度下沉积的缓冲层对ZnO薄膜的结晶性能的影响,发现最适合ZnO薄膜生长的缓冲层沉积温度为350℃。合理的成像方法不仅能得到真实、清晰的图像,便于对样品的研究,同时还能有效地保护仪器。本文对原子力显微镜成像过程中常见的几种问题进行了分析并提出了解决方法。超高密度近场光存储是近些年来发展起来的新的研究领域,其利用近场光突破衍射极限限制的特点,极大地缩小记录光斑的尺寸,提高信息存储的容量。本文提出了基于表面等离子体激元原理在原子力显微镜上实现超高密度光存储实验系统的设计方案,并给出了初步的数值模拟结果和相变薄膜激光热效应实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 原子力显微镜
• 1.1 原子力显微镜工作原理
• 1.2 原子力显微镜力检测器
• 1.2.1 力传感器
• 1.2.2 光电检测器
• 1.3 原子力显微镜工作模式
• 1.3.1 接触模式
• 1.3.2 非接触模式
• 1.3.3 轻敲模式
• 1.4 原子力显微镜的力曲线
• 1.5 原子力显微镜的应用
• 1.5.1 在材料成像和测试中的应用
• 1.5.2 在生物医学领域的应用
• 1.5.3 在电化学领域的应用
• 1.5.4 微机械加工与操纵
• 1.5.5 在超高密度存储中的应用
• 2 原子力显微镜成像实验
• 2.1 研究单根碳纳米线圈
• 2.1.1 样品制备和实验仪器
• 2.1.2 结果和讨论
• 2.2 研究ZnO薄膜的生长条件
• 2.2.1 样品的制备
• 2.2.2 样品的测试
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.3 原子力显微镜成像方法的研究
• 2.3.1 反馈调节改善成像质量
• 2.3.2 对图像扭曲进行矫正来改善成像质量
• 2.3.3 针尖磨损对成像质量的影响
• 2.3.4 噪声对成像质量的影响
• 2.4 小结
• 3 近场光存储
• 3.1 表面等离子体极化激元
• 3.2 近场光存储实验系统设计
• 3.3 激光器脉冲调制
• 2Sb₂Te₅薄膜的初步激光热效应研究'>3.4 Ge₂Sb₂Te₅薄膜的初步激光热效应研究
• 3.4.1 相变光存储材料简介
• 2Sb₂Te₅薄膜热效应实验'>3.4.2 Ge₂Sb₂Te₅薄膜热效应实验
• 3.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢