單晶硅表面摩擦誘導(dǎo)納米凸結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能表征.pdf

1、納米制造是支撐納米科技走向應(yīng)用的基礎(chǔ)。近年來(lái),本課題組研究提出了摩擦誘導(dǎo)構(gòu)造納米凸結(jié)構(gòu)的納米制造新方法。為進(jìn)一步完善該方法,有必要系統(tǒng)研究摩擦誘導(dǎo)納米凸結(jié)構(gòu)的摩擦學(xué)性能,以確定其能否滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
　　 本論文使用原子力顯微鏡,采用曲率半徑約500 nm的金剛石針尖在單晶硅(100)表面加工出隆起,進(jìn)而對(duì)其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,首先采用氮化硅針尖在100 nN的低載條件下測(cè)量隆起和原始硅表面的摩擦力和粘著力

2、,以表征隆起表面的摩擦性能；其次,采用曲率半徑約為60 nm的金剛石針尖在面隆起和原始硅表面進(jìn)行劃痕實(shí)驗(yàn),以表征隆起表面的磨損性能；最后,研究了隆起表面在氫氟酸中的選擇性刻蝕性能。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析,得到的主要結(jié)論如下:
　　 (1)無(wú)論在真空或大氣環(huán)境中,隆起和原始硅表面在低載條件下測(cè)得的摩擦力、粘著力沒(méi)有顯著性差異。與真空環(huán)境相比,大氣環(huán)境下測(cè)得的摩擦力和粘著力較大,損傷較嚴(yán)重。
　　 (2)與原始硅表面相比,隆

3、起表面在5μN(yùn)和8μN(yùn)定載劃痕時(shí)的損傷較嚴(yán)重,在10μN(yùn)定載劃痕時(shí)的損傷差異不明顯。由于隆起加工過(guò)程的各向異性,摩擦誘導(dǎo)面隆起的劃痕損傷表現(xiàn)出一定的各向異性。分析結(jié)果顯示,摩擦誘導(dǎo)隆起表面的硬度比原始表面低。
　　 (3)使用較鈍的針尖可以在隆起表面繼續(xù)加工出隆起,但所加工隆起的高度比在原始表面加工隆起的高度低。
　　 (4)摩擦誘導(dǎo)隆起能被氫氟酸選擇性刻蝕,刻蝕后隆起區(qū)域會(huì)形成一個(gè)溝槽。刻蝕深度隨刻劃次數(shù)的增加而增大。