發(fā)布時間：2020-07-19 07:08

【摘要】：基于原子力顯微鏡(AFM)的納米加工技術,因其具有加工步驟簡單,加工材料多樣化,并且可實現納米級圖案化的原位成像表征等優(yōu)點,被廣泛作為一種新的納米加工方法進行研究。但是基于AFM輕敲模式下的加工機理尚不明確,無法實現深度可控的納米結構的加工,并且工藝參數尚需要摸索。因此針對上述問題,本文開展了輕敲模式下的加工工藝的實驗研究,主要工作包括:首先,研究輕敲模式下加工溝槽的形成過程,將高頻振動的探針持續(xù)加工過程離散化,采用納米壓痕的方法,通過單點恒定深度多次壓痕實驗,研究壓痕深度與壓入次數的關系,得出隨著壓痕次數的增加壓痕深度逐漸增大;通過對比已加工表面和未加工表面的表面性質的變化,以及已加工表面的表面性質與敲擊次數的關系,得到了加工過程中的材料變形規(guī)律,明確了輕敲模式下溝槽的形成過程,即樣品表面在首次壓入后發(fā)生塑性變形,隨著敲擊次數的增加,彈性回復區(qū)域發(fā)生不可恢復形變,溝槽的深度逐漸增加。其次,AFM輕敲模式下在PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)上進行納米溝槽的加工,研究了加工方向、加工速度和Z向位移等參數對于加工溝槽形貌的影響,得出溝槽深度受加工速度的影響最大;通過控制加工速度在一定范圍內實現了可控深度的納米溝槽的加工,建立了加工深度模型,并進行了驗證。最后,實現了AFM輕敲模式下簡單三維結構納米方坑的加工,并研究了加工方向、加工速度、進給量和Z向位移等參數對于方坑結構底部表面質量的影響,得出進給量的影響力最大;采用正交實驗法,運用極差法和方差分析法確定各工藝參數對方坑底部粗糙度的顯著性和最優(yōu)的工藝參數組合;利用MATLAB編程軟件對正交實驗結果進行三元二次多項式回歸,得到方坑底部粗糙度與加工參數的經驗模型,并進行了實驗驗證。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH16
【圖文】：

1.1 課題研究背景與意義隨著納米技術的發(fā)展，帶有納米精度的復雜微納結構功能表面的零件如微衍射光柵、微透鏡陣列、菲涅耳透鏡等，如圖 1-1 所示，由于具有不同于傳統(tǒng)零件的粘附性能、摩擦性能、親疏水和光學性能等，得到了廣泛的應用。這也對微納米加工技術提出了更高的要求。目前微納加工技術[3]主要包括平面工藝、模型工藝和探針工藝[4, 5]三類。平面工藝通過顯影技術和刻蝕技術將感光層的二維圖案轉移到基片上，但是較難獲得三維微納結構，并且加工設備復雜、昂貴[6]。模型工藝是利用微納米尺寸的模具[7]復制出相應的微納結構的加工技術，但其模具的制造工藝復雜，精度要求高，僅適合大批量生產。探針工藝是用各種微納米尺寸的探針取代傳統(tǒng)的機械切削刀具。探針即包括通過聚焦離子束和電子束得到小于 10nm 的束直徑的非固態(tài)探針，也包括掃描隧道顯微鏡（SPM），原子力顯微鏡（AFM）的固態(tài)探針。對于非固態(tài)形式的探針，存在加工環(huán)境高、加工設備復雜、昂貴等缺點，相比之下，固態(tài)探針工藝更加經濟實用。

針對輕敲模式下的加工研究則相對較少，因此本究輕敲模式下的在 PMMA 表面納米結構的加工及其M 輕敲模式下的國外研究現狀 的輕敲模式下的加工，國外學者更早進行了研究。hi 學者[28]，使用單晶硅涂層探針，在輕敲模式下通過速度，實現了在聚碳酸酯（PC）表面矩形區(qū)域的加為掃描振幅的 1.2~1.5 倍時，加工區(qū)域呈現平坦的凸幅的 1.8 倍時，加工區(qū)域呈現凹陷結構，且底部平坦小而逐漸增大。作者認為出現這種現象的原因是：表面間的作用力增大，針尖刺入樣品表面，從而形結構；而當振幅較小時，針尖與樣品表面分離時，域形成的凸起結構。

圖 1-4 單晶硅表面的溝槽陣列[29]Sturm 等人[30]基于 AFM 輕敲模式下在聚合物 P）表面進行了納米方坑結構的加工，并且與納米式下的加工效率更高，成本更低。作者通過對已加工區(qū)域表面的硬度和剛度均發(fā)生了變化。其量，發(fā)現凸起的體積要大于凹坑的體積，如圖 1

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前5條

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本文編號：2762097