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.     

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     

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.     

原子力显微镜悬臂探头的微加工技术

原子力显微术(AFM)是近年来新发展的一种高清晰度的显微技术,它能显示出物体表面附近的势能分布,并根据这种分布,可以直接描绘出物体表面的形貌.在一定的工作方式下,AFM可以分辨出导体或者绝缘体表面的单个原子.组成AFM的关键部分是一个有弹性的力传感器探头,它应包括如下一些特性:一个很锐的尖端、低的力常数和高的机械谐振频率.这些可以利用微加工技术、使用新型方法和缩小探头的尺寸来达到目的.以下所列的都是一些能获得理想的AFM探头特性的微加工工艺.这些加工工艺(1)制造不带尖头的sio_2或si_3N_4薄膜悬臂梁,(2)通过在si(100)衬底上腐蚀出铸坑,制造带有集成的金字塔尖端的si_3n_4悬臂梁.(3)利用各向同性腐蚀和各向异性的等离子刻蚀,制造带有锥形尖的sio_2悬臂梁,(4)利用各向异性腐蚀,制造带正四面体尖头的sio_2悬臂梁.每一种工艺都利用(100)晶向的硅片作为衬底并且依靠常规的半导体制造工艺.利用上述的方法制造出来的尖头的质量可以达到或超出用于AFM或STM中的常规探头.另外可选择制造尖头的方法是通过孔洞蒸发材料或者利用有选择的CVD淀积使W金属进入一个锥形腐蚀抗.但这些方法都还未能成功地用于制造悬臂梁.     

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。     

AFM／STM的反馈控制系统研究及其设计

扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）由于具有原子量级的分辨率，所以在表面物理、化学、生物等领域得到了越来越广泛的应用。但是，他们在工作上不能彼此兼容。为此，研制了一台新仪器，既可用作ＳＴＭ，又可作为ＡＦＭ。本文介绍了该仪器的反馈控制系统及其设计。实验表明，这套反馈系统工作稳定可靠，它使仪器至少可达到纳米量级的分辨率。     

基于AFM的微纳米结构力学特性测量

原子力显微镜（ＡＦＭ）以其优异的特性不仅在微米、纳米的范围内获取图象。同时可以获取针尖与样品之间的作用力,为研究样品的力学性能提供了新思路。对ＡＦＭ在力学测量上的原理和应用进行了综述,并提出基于ＡＦＭ的生物样品的力学测量的新方法。     

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。     

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     

不锈钢表面光纤激光掩膜微细电解复合加工

为了实现不锈钢微细电解定域加工,提出激光掩膜表面改性微细电解复合加工技术。研发了激光掩膜微细电解复合加工装置,并进行样件加工试验。首先,采用光纤激光在304不锈钢表面扫描加热进行打标图案,利用X射线光电子能谱分析(XPS)对不锈钢表面激光打标图案进行分析,发现激光在不锈钢表面打标时被空气氧化生成铁、铬等氧化物,生成的打标图案具有耐腐蚀性,形成保护性掩膜。然后进行电解加工,由于掩膜图案在电解过程中起到保护作用,选择合适的电解加工参数,在不锈钢表面能加工复杂的微结构。最后利用SEM、光学轮廓仪来观测微结构形貌、粗糙度等。研究结果表明:利用激光表面改性,结合微细电解加工能实现304不锈钢微结构的快速加工,该工艺在微细加工领域具有很好的发展前景。     

旋转载体用硅微机械陀螺的动力学分析与仿真

提出一种“旋转载体用硅微机械陀螺” ,给出了该陀螺敏感头的结构尺寸 ,对陀螺角振动方程中出现的转动惯量、弹性支撑梁的扭转刚度系数和角振动阻尼系数分别进行了解析近似计算 ,得到了角振动幅度与被测角速率的关系曲线。用ANSYS仿真分析软件对陀螺结构进行模态分析和谐响应分析 ,比较计算机模拟和解析近似计算结果 ,它们相差不大 ,从而使两种处理方法相互得以验证     

多层多孔硅的SPM研究

多层我孔硅是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构,我们用ＡＦＭ对多层多孔硅结构的侧向解理的截面进行观测,得到了不同多孔度层及其界面处的图像。发现不同周期中相同条件下腐蚀得到的多孔硅层,其层厚随周期的不同而不同,从而限制了多孔硅发光峰半宽的缩小,对多层我孔硅的电化学同理作了初步的探讨。     

Preparation of atomically flat surfaces on silicon carbide using hydrogen etching

Hydrogen etching of 6H- and 4H-SiC(0001) surfaces is studied. The as-polished substrates contain a large number of scratches arising from the polishing process which are eliminated by hydrogen etching. Etching is carried out in a flow of hydrogen gas at atmospheric pressure and temperatures around 1600–1700°C attained on a tantalum strip heater. Post-etching atomic force microscopy images show periodic arrays of atomically flat terraces that are a few thousand angstroms wide. These terraces are separated by steps 15 Å high in the 〈1 $ < 1\bar 100 > $ 00〉 directions. Often, the surface is seen to be faceted with steps on neighboring facets forming 60° angles and offset in the c-direction by half a unit cell. Images of incompletely etched surfaces show early stages of etching where one can see remnants of surface damage in the form of arrays of hexagonal pits. On the larger scale, the surface has a hill-and-valley type morphology. The observed features are interpreted in a model based on the symmetry of the SiC unit cell and crystal miscut.     

20.1%‐efficient crystalline silicon solar cell with amorphous silicon rear‐surface passivation

We have developed a crystalline silicon solar cell with amorphous silicon (a‐Si:H) rear‐surface passivation based on a simple process. The a‐Si:H layer is deposited at 225°C by plasma‐enhanced chemical vapor deposition. An aluminum grid is evaporated onto the a‐Si:H‐passivated rear. The base contacts are formed by COSIMA (contact formation to a‐Si:H passivated wafers by means of annealing) when subsequently depositing the front silicon nitride layer at 325°C. The a‐Si:H underneath the aluminum fingers dissolves completely within the aluminum and an ohmic contact to the base is formed. This contacting scheme results in a very low contact resistance of 3.5 ±0.2 mΩ cm² on low‐resistivity (0.5 Ω cm) p‐type silicon, which is below that obtained for conventional Al/Si contacts. We achieve an independently confirmed energy conversion efficiency of 20.1% under one‐sun standard testing conditions for a 4 cm² large cell. Measurements of the internal quantum efficiency show an improved rear surface passivation compared with reference cells with a silicon nitride rear passivation. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

牛血清蛋白在亲水硅片表面吸附的原子力显微成像

本文用原子力显微术（AFM）研究了牛血清白蛋白（BSA）在亲水硅片表面的吸附，硅片表面经亲水处理后，将牛血清蛋白（BSA）吸附在表面，采用轻敲模式，可获得清晰的AFM图像，牛血清蛋白（BSA）的AFM图像表明：BSA在亲水硅片表面是单分子，水平吸附在硅片表面，且吸颗粒状；1mg/ml的BSA在吸附30min后为饱和吸附。BSA到达硅表面后，蛋白中可移动的带正电荷的基团可以趋向亲水表面，使BSA与硅表面的静电相互作用由斥力变为吸引力，BSA可以稳定地吸附在亲水硅片表面。     

波长和气氛对激光诱导硅表面微结构的影响

为了研究特定气氛下激光辐照对单晶硅表面微结构的影响,采用红外(基频波长1064nm)和紫外(3次谐波波长355nm)YAG纳秒激光脉冲连续辐照方法,分别在SF6、空气、N2和真空环境下对硅表面微结构进行了实验研究。得到红外纳秒激光在SF6和空气中形成的微结构较真空和N2下有更高的纵横比;紫外纳秒激光在SF6和真空中产生的锥形结构比N2和空气中要更为显著,但SF6中形成的微结构上有絮状物的结果。结果表明,激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用,且激光辅助化学刻蚀的效率不同。该结果对深入研究纳秒激光在特定气氛下诱导硅表面微结构是有帮助的。