试件扫描测量实验的优化方法

为了检测EFM的扫描测量效果，使用PVC材料制作齿高25μm的锯齿状表面试件，齿底部宽50μm，齿为左右对称结构，设计图如图6.38（a）所示，图6.38（b）为该试样的光学显微照片。实验中，将试件夹持于电极上，施加偏置电压120 V，将探针靠近试件，直到探针谐振频率发生变化，将谐振频率变化量的阈值（减小量）设置在0.3 Hz，使得探针针尖与试件之间的距离保持不变，然后沿x方向进行恒力模式扫描测量，记录z向传感器的移动量，绘制表面形貌。

首先选择3处，沿x方向单独扫描一段距离，扫描距离分别为5μm、8μm和8μm。图6.39给出了对该试件的3处扫描测量结果，分别反映了试样斜面处、谷部和峰部的微观形貌，斜面段扫描距离为5μm，峰和谷部的扫描距离为8μm。图6.39的测量结果和试样的设计参数基本一致，实验结果表明该静电力显微系统可以用来测量非导体试件的微观表面形貌，测量结果可靠。

图6.38　用于扫描实验的PVC试样

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图6.39　PVC试件的EFM扫描测量结果

最后，在该PVC试件上，采用相同方法，沿x方向扫描200μm，图6.40为该扫描结果的试件轮廓图。

图6.39和图6.40的测量结果与试样的设计参数基本一致，实验结果表明该EFM系统可用于测量厚度超过几个毫米的非导体材料试样的表面微观形貌。

图6.40　PVC试件扫描测量结果