搭建扫描测量系统的方法及步骤

用于测量试件表面形貌的静电力显微镜系统构成如图6.27所示。图6.27为依据图6.9工作原理所搭建的系统实物图。主要包括用于静电力检测的探针谐振器单元、探针谐振频率检测和控制单元、用于扫描的xy向压电扫描器、用于z向移动的压电驱动器和位移测量传感器等几部分。

图6.27　用于表面形貌测量的扫描静电力显微镜系统

静电力检测的探针谐振器单元及其扫描电镜图片如图6.28所示，其制作过程参见6.2节。

图6.28　扫描用探针单元及针尖SEM图片

探针谐振频率检测和控制单元采用的锁相放大器是瑞士苏黎世仪器（Zurich Instruments）生产的HF2PLL-LI型数字锁相放大器，可以测量从直流到50 MHz的频率范围。由于HF2PLL-LI型锁相放大器的数字信号处理高达128位，精确度高，大大提高了锁相放大器的动态储备和噪声性能。

其主要特点如下：

①采样率210 MSa/s，频率范围DC～50 MHz；

②2个独立锁相通道，2个信号源；(www.xing528.com)

③每通道提供基波和2个谐波测量；

④4个辅助输出，2个辅助输入；

⑤高速USB 2.0，480 Mbit/s；

其主要规格参数如表6.3所示。

表6.3　HF2PLL-LI型数字锁相放大器规格参数

测量实验系统的xy向压电扫描器由德国Physik Instrumente（PI）公司生产的两个Hera压电线性精密定位器（型号：P-622.1CD）构成，其行程范围为250μm，分辨率为0.7 nm，闭环定位精度小于1 nm。

测量系统中用于z向移动的压电驱动器及其位移测量传感器为德国Physik Instrumente（PI）制造的内置电容位移传感器的压电执行器（型号：P843.40），行程范围为60μm，分辨率为1 nm，闭环定位精度小于1 nm。

xy向扫描器和z向驱动器均放置于定位精度为1μm的手动平移台上，便于手动进行初始定位。