電場調控下硅表面摩擦力研究

1.6萬字 32頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要
納米科技將是引領未來科學發(fā)展的主流之一。盡管近年來，有關石墨烯等新型材料的發(fā)現(xiàn)為微納器件的發(fā)展帶來了更廣闊的前景，但是其量產(chǎn)化應用仍存在較大的困難。硅材料具有資源豐富、成本低廉，加工技術先進成熟，易實現(xiàn)批量制造、產(chǎn)業(yè)化前景良好三大優(yōu)點，因此，在氦一段時間仍是制造可動MEMS的主要結構材料。微納米器件的驅動單元與執(zhí)行機構單元等可動的微結構裝置不可避免涉及摩擦磨損現(xiàn)象，因此，微納米摩擦學性能的測量和控制已成為微機電系統(tǒng)實用化的一項關鍵工藝技術。然而，硅表面的摩擦力在宏觀尺度和微觀尺度上的表現(xiàn)具有較大的差異，所以研究在電場調控下硅表面的微觀摩擦力性能具有很大的現(xiàn)實意義。
本文利用原子力顯微鏡，通過在探針針尖上施加偏置電壓，對n型單晶硅片表面的電場調控下的摩擦力性能進行了系統(tǒng)的研究。經(jīng)過對實驗結果的科學分析，得到了與實驗前預期相一致的結果。我們發(fā)現(xiàn)，電場對硅表面摩擦力具有影響，并且具有可逆特性，其中正偏壓對n型硅的影響較大；電場之所以能夠調控硅表面的摩擦力是因為電場誘導產(chǎn)生靜電力，進而在探針與樣品表面產(chǎn)生一定的粘附力，從而產(chǎn)生摩擦力。
電場對硅表面摩擦力的調控作用為微納米器件中的摩擦磨損問題提供了一個新的解決思路，對微納器件的發(fā)展意義重大，希望在不久的將來越來越多的微納器件能夠進入我們的生活。


關鍵字：微納米機電器件 單晶硅 摩擦力學性能 電場 AFM