基于原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)的纳米加工技术是目前制备纳米结构最重要的方法之一,可用于制备各种纳米结构和纳米器件,如单电子晶体管、纳米样板等。一般来说,现有的AFM纳米加工技术包括检测、加工和成像三个步骤,采用同一探针既进行加工又进行图像检测,容易实现加工结果的定点检测与控制,但是针尖较容易磨损,影响加工结果尺寸和检测信息的准确性、可靠性,且不能客观提供实时信息对加工过程进行反馈控制。另一方面,传统加工技术通过力传感器、光栅尺等检测手段对加工过程进行实时监测和反馈控制,能有效地提高加工精度,改善表面加工质量,提高生产率,广泛应用于工业生产中。人们也希望能有效对微纳米操作加工过程进行实时监控。因此,如何把AFM检测与传统加工方法结合起来,对于AFM纳米加工技术的发展和应用具有一定的意义。 首先,本文在直接用原子力显微镜探针对样品加工的基础之上,根据其所面临的问题,比如探针磨损、实时监控等,提出了实时可控纳米加工方法,即分别采用探针执行检测功能,金刚石刀具执行加工操作功能。为实现实时可控纳米加工,我们在AFM的基础上增加了如对微小载荷敏感的样品台,刀具定位装置等。针对在实验中AFM的稳定性受外界环境影响过大,造成无法正确判断刀具接触样品的问题,我们设计了弹簧阻尼减振系统,并实验证明其对AFM稳定性的提高具有很好的作用。另外,我们还设计了不同的刀具进给装置,最后采用液体驱动式装置实现刀具的快速精密进给,刀具加工的微进给由压电陶瓷管来完成。 在实验操作过程中,我们探索了对操作加工对象的定位方法,采用特征标记点方法来确定加工对象的位置,以实现对加工对象的检测。我们还分别实验探讨刀具与样品初始接触点的判断方法,最后在光盘上加工出深度在10nm以内的沟槽,初步实现了既定的加工目标。