微加工硅表面基于AFM的纳米压痕测量与分析

原子力显微镜(AFM)在完成对单晶硅的微加工后,其金刚石针尖被用做一个纳米压痕头以实现微加工区域内外机械性质的测量与分析.结果表明,以安装有金刚石针尖的AFM在经过化学机械抛光的硅基片上所进行的微加工,即使使用极小的切削力也会在加工表面形成变质层,但是其厚度值要小于化学机械抛光的硅表面变质层.由AFM测量的纳米级硬度值要大于由传统的Vickers和Hysitron 硬度测试仪所测量的值.另外,随着AFM压入载荷的减小,纳米级硬度值呈现出增加的趋势,这是由于在很小的压入载荷下所呈现出的压痕尺寸效应所导致.     

微加工硅表面基于AFM的纳米压痕测量与分析

原子力显微镜(AFM)在完成对单晶硅的微加工后，其金刚石针尖被用做一个纳米压痕头以实现微加工区域内外机械性质的测量与分析。结果表明，以安装有金刚石针尖的AFM在经过化学机械抛光的硅基片上所进行的微加工，即使使用极小的切削力也会在加工表面形成变质层，但是其厚度值要小于化学机械抛光的硅表面变质层。由AFM测量的纳米级硬度值要大于由传统的Vickers和Hysitron硬度测试仪所测量的值。另外，随着AFM压入载荷的减小，纳米级硬度值呈现出增加的趋势，这是由于在很小的压入载荷下所呈现出的压痕尺寸效应所导致。     

原子力显微镜在金刚石表面微结构分析中的应用

本文报告用原子力显微镜（AFM）测量金刚石精密加工表面的微观结构,获得了用机械抛光法与热化学抛光法得到的表面纳米级形貌。前者呈直线纹理,反映出金刚石磨料的刮削机理,后者表面较平滑,无明显加工纹理,但在磨削方向出现一些蚀坑,反映出碳原子扩散的化学磨削机理。     

基于AFM微加工的单晶硅表层性质的研究

在纳米级材料去除率和极小载荷下,利用原子力显微镜(AFM)对单晶硅进行基于金刚石针尖的微加工,并且应用扫描电子显微镜(SEM)对微加工区域及切屑的元素特征进行分析,同时应用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对加工区域及非加工区域的化学成分组成进行对比分析.通过SEM观察发现无论在微加工区域内部还是在其边缘都不产生微裂纹及断裂破坏.元素分析表明微加工后去除的切屑因为松散且具有很大的自由表面面积所以容易被氧化,而加工区域内部的XPS分析结果显示出加工表层有非晶态二氧化硅的产生,深度值随加工时垂直载荷的不同在0.3～0.4nm之间变化.     

基于AFM微加工的单晶硅表层性质的研究

在纳米级材料去除率和极小载荷下 ,利用原子力显微镜 (AFM )对单晶硅进行基于金刚石针尖的微加工 ,并且应用扫描电子显微镜 (SEM )对微加工区域及切屑的元素特征进行分析 ,同时应用能谱仪 (EDS)和X射线光电子能谱仪 (XPS)对加工区域及非加工区域的化学成分组成进行对比分析。通过SEM观察发现无论在微加工区域内部还是在其边缘都不产生微裂纹及断裂破坏。元素分析表明微加工后去除的切屑因为松散且具有很大的自由表面面积所以容易被氧化 ,而加工区域内部的XPS分析结果显示出加工表层有非晶态二氧化硅的产生 ,深度值随加工时垂直载荷的不同在 0 .3～ 0 .4nm之间变化     

硅晶片化学机械抛光中的化学作用机理

通过分析硅晶片化学机械抛光过程中软质层的形成及其对材料去除过程的影响,研究了使用纳米CeO2磨料进行化学机械抛光中的化学作用机理.分析表明,软质层是抛光液与硅晶片反应形成的一层覆盖在硅基体表面的腐蚀层,其硬度比基材小,厚度大约在几个纳米.软质层的存在一方面增大单个磨料所去除材料的体积,增加材料去除速率;另一方面减小了磨料嵌入硅晶片基体的深度,这对于实现塑性磨削,降低抛光表面粗糙度,都起着重要的作用.     

基于AFM微加工的单晶硅表层性质的研究

在纳米级材料去除率和极小载荷下，利用原子力显微镜(AFM)对单晶硅进行基于金刚石针尖的微加工，并且应用扫描电子显微镜(SEM)对微加工区域及切屑的元素特征进行分析，同时应用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对加工区域及非加工区域的化学成分组成进行对比分析。通过SEM观察发现无论在微加工区域内部还是在其边缘都不产生微裂纹及断裂破坏。元素分析表明微加工后去除的切屑因为松散且具有很大的自由表面面积所以容易被氧化，而加工区域内部的XPS分析结果显示出加工表层有非晶态二氧化硅的产生，深度值随加工时垂直载荷的不同在0．3～0．4nm之间变化。     

纳米金刚石薄膜的光学性能研究

用热丝化学气相(HFCVD)法在硅衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜,用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌和粗糙度,拉曼光谱表征膜层结构,紫外-可见光分光光度计测量其光透过率,并用椭圆偏振仪测试、建模、拟合获得了表征薄膜光学性质的n,k值.结果表明薄膜的晶粒尺寸在100nm以下,表面粗糙度仅为21nm;厚度为3.26(m薄膜在632.8nm波长处的透过率为25%,1100nm波长处达到50%.采用直接光跃迁机制估算得到纳米金刚石薄膜的光学能隙(Eg)为4.3 eV.     

Cu-Ni多层膜纳米压痕下微观变形结构的研究

金属多层膜具有化学、电子、磁学和力学等方面的许多优异性能，目前被广泛用于光学器件、磁记忆介质和作为互连体材料，尤其近年在微电子机械系统领域的应用引起了广泛注意。而纳米压痕技术是近几年发展起来的一项新的力学测试技术，测试精度高，通过测量压头在压入过程中的载荷-位移曲线，可获得材料的硬度和弹性模量等本征力学参量。该技术测试区域小，避免了样品的宏观缺陷对测试结果的影响，     

硬质薄膜显微硬度测量中的载荷选择

硬度是评价硬质薄膜的主要力学性能指标。但是对于硬度高于 2 0ＧＰａ而厚度仅为几个微米的硬质薄膜 ,对其硬度的测量是非常困难的。其难点在于压入载荷的正确选择 :较大的载荷会因压头前端的变形区扩展到基体 ,测得的硬度值偏低 ,是薄膜 基体复合体共同作用的结果 ;而较小的载荷则会由于薄膜表面粗糙度引起测量结果的失真和分散。为此 ,曾有人提出 ,为保证测量结果的可靠应使压痕的深度与薄膜厚度之比小于 1 5 [1] ,还有人提出这一比值应该更小 ,达到 1 10 [2 ] ,甚至 1 2 0 [3 ] ,至今仍无定论。本文提出采用力学探针技术准确测量硬质薄膜…     

应用原子力显微镜对单晶硅进行纳米级加工

以原子力显微镜（AFM）作为加工工具,基于金刚石针尖对单晶硅进行了纳米加工实验,对纳米加工区域特性,材料在不同垂荷荷下的去除机理及切屑形成特征,进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法,在此基础上,应用有限元方法（FEM）对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的作用机制进行了计算仿真。     

基于原子力显微镜(AFM)的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题 ,提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统 ,采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明 ,得出主要参数优选的一般方法 ,讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验 ,实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工 ,并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工     

纳米机械加工与材料表面性质研究

纳米科技的发展和应用涉及纳米器件的加工、制作以及加工表面特征、性质和功能等研究。获得能够控制在微小区域的纳米加工技术手段、能对不同材料进行纳米加工以及能对过程和加工表面进行检测分析等是十分重要的。本文结合扫描探针显微镜和金刚石超精密加工技术，对金刚石纳米切削展开实验研究。实验表明，结合扫描探针显微技术直接使用金刚石刃具进行材料的纳米量级机械加工，能够适应对不同材料微去除加工的要求，可同时对加工表面、机械加工机理以及表面的加工力学性能等进行综合研究，是一种良好的纳米加工方法。     

磁过滤阴极真空弧沉积薄膜研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积技术对从弧源引起离子束中的大颗粒进行过滤后,在硅和聚合物表面进行离子注入和低能离子束沉积,可获得特性优异的沉积金属膜、超硬膜（类金刚石,CN膜）、陶瓷膜（TiN,TiC）等。电子显微镜观察表明,大颗粒已被过滤,表面结构致密,由于先进行离子注入,在基体表现预先形成了过滤层,从而改善了沉积膜的粘合特性,膜与基体的粘合特性有了明显提高。测量结果表明,沉积膜的硬度、抗磨损和抗腐蚀特性均有了明显提高。非晶金刚石薄膜表面硬度可达到56GPa。     

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。     

基于AFM检测信息存储介质表面结构的研究

介绍了原子力显微镜(AFM)的工作原理、组成、特点及其应用领域。利用AFM对光盘和软盘表面结构进行了三维检测,使用CSPM2000Imager软件对扫描得到的图像进行了计算和分析,由所得数据可以看出,DVD光盘将取代CD光盘成为外存的主流,而软盘将被淘汰;利用原子力显微镜对单晶硅进行基于金针的纳米加工,刻蚀出“河南理工大学”的字样。     

单晶SiC微纳米压痕的力学行为及仿真分析

为了研究单晶SiC的微观力学性能和加工方式,开展了单晶6H SiC（0001）的微纳米压痕试验,并采用ABAQUS软件对纳米压痕过程进行了数值仿真及完成了试验验证。结果表明,单晶SiC在加载阶段的变形机理与压入载荷无关;硬度和弹性模量表现出了明显的尺寸效应;球形压头作用下的应力值最小,玻氏压头和维氏压头作用下的应力值相同,大于圆锥压头的应力值;压痕裂纹类型有主裂纹、侧向裂纹、主次型裂纹、平直型裂纹、间断型裂纹,裂纹的平均长度随着加载力的增加而逐渐增加。     

Atomic force microscope probe based controlled pushing for nanotribological characterization

Using an atomic force microscope (AFM) probe as a nanomanipulator, micrometer- and nanometer-sized objects, especially particles, are pushed on substrates for characterizing the object-substrate friction parameters and behavior in various environments, e.g., air, liquid, and vacuum. Two possible nanotribological characterization methods are proposed in this paper: 1) sliding the micro/nano-object on the substrate while it is attached to an AFM probe and 2) nanorobotic pushing of the micro/nano-object with the sharp tip of an AFM probe. The modeling of these methods are realized and experiments are conducted for the latter method using a piezoresistive AFM probe as a one-dimensional force sensor and nanomanipulator. In the experiments, 500-nm radius gold-coated latex particles are pushed on a silicon substrate. Preliminary results show that different frictional behavior such as sliding, rolling, and rotation could be observed, and shear stresses and frictional behavior could be estimated using these techniques at the nanoscale.     

Mechanical characterization of aluminium nanofilms

The mechanical properties (Young’s modulus, hardness, wear resistance) of aluminium nanofilms on silicon substrate are studied. Size effect on these mechanical properties are exhibited. Young’s modulus, hardness and wear resistance increases when the thickness is reduced. Experimental investigations have been led by atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and nanoindentation. Compared to the bulk values, hardness and wear resistance of one aluminium nanofilm (thickness = 100 nm) have increased by a factor ∼7 whereas the Young’s modulus only increased by a term ∼15%. By comparing mechanical properties between high and low melting point materials, we conclude that high melting point materials have a decreasing behaviour of the Young’s modulus with size whereas low melting point materials have an increasing one.