電場調(diào)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(lǐng)未來科學(xué)發(fā)展的主流之一。盡管近年來，有關(guān)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(yīng)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(shù)先進(jìn)成熟，易實(shí)現(xiàn)批量制造、產(chǎn)業(yè)化前景良好三大優(yōu)點(diǎn)，因此，在氦一段時(shí)間仍是制造可動(dòng)MEMS的主要結(jié)構(gòu)材料。微納米器件的驅(qū)動(dòng)單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元等可動(dòng)的微結(jié)構(gòu)裝置不可避免涉及摩擦磨損現(xiàn)象，因此，微納米摩擦學(xué)性能的測量和控制已成為微機(jī)電系統(tǒng)實(shí)用化的一項(xiàng)關(guān)鍵工藝技術(shù)。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(diào)控下硅表面的微觀摩擦力性能具有很大的現(xiàn)實(shí)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(diào)控下的摩擦力性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)分析，得到了與實(shí)驗(yàn)前預(yù)期相一致的結(jié)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(diào)控硅表面的摩擦力是因?yàn)殡妶稣T導(dǎo)產(chǎn)生靜電力，進(jìn)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(diào)控作用為微納米器件中的摩擦磨損問題提供了一個(gè)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(jìn)入我們的生活。


關(guān)鍵字：微納米機(jī)電器件 單晶硅 摩擦力學(xué)性能 電場 AFM