碳离子注入对硅片微摩擦学行为的影响

对单晶硅片进行不同剂量的碳离子注入,测量碳离子注入前后硅片的纳米硬度、弹性模量、硅表面与探针之间的摩擦系数和划痕深度以及硅片与Si3N4球的摩擦磨损,研究试样在过程中摩擦系数及磨损量的变化.结果表明,碳离子注入可能导致硅片表面结构的改变,从而影响了力学性能,但改善了微摩擦学特性.碳离子注入剂量为2×1015 ions/cm2时硅片的纳米硬度和弹性模量都明显降低,但其划痕摩擦系数和划痕深度均大于未注入硅片;碳离子注入后硅片的减摩效果和耐磨性能在小载荷下得到了大幅度提高,当载荷达到一定值后,摩擦系数迅速增加并产生磨损痕迹.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.     

单晶硅在氮离子注入前后的力学性能研究

以微机电系统常用的单晶硅材料和经氮离子注入单晶硅后形成的表面改性层为研究对象,在原位纳米力学测试系统上进行微压痕实验,对样品的表面纳米硬度进行了测试。同时,还通过该仪器的原子力成像功能对实验区域扫描成像,在纳米尺度下观察和分析形貌。结果表明:单晶硅在氮离子注入前后的纳米硬度值与载荷有很大关系。通过对微压痕和原子力图像的分析,表明单晶硅在氮离子注入后的纳米硬度值有所降低,其主要原因是氮离子注入后导致晶格抵抗变形的能力降低。