电场调控下硅表面摩擦力研究.doc

电场调控下硅表面摩擦力研究

1.6万字 32页 原创作品，已通过查重系统


摘要
纳米科技将是引领未来科学发展的主流之一。尽管近年来，有关石墨烯等新型材料的发现为微纳器件的发展带来了更广阔的前景，但是其量产化应用仍存在较大的困难。硅材料具有资源丰富、成本低廉，加工技术先进成熟，易实现批量制造、产业化前景良好三大优点，因此，在氦一段时间仍是制造可动MEMS的主要结构材料。微纳米器件的驱动单元与执行机构单元等可动的微结构装置不可避免涉及摩擦磨损现象，因此，微纳米摩擦学性能的测量和控制已成为微机电系统实用化的一项关键工艺技术。然而，硅表面的摩擦力在宏观尺度和微观尺度上的表现具有较大的差异，所以研究在电场调控下硅表面的微观摩擦力性能具有很大的现实意义。
本文利用原子力显微镜，通过在探针针尖上施加偏置电压，对n型单晶硅片表面的电场调控下的摩擦力性能进行了系统的研究。经过对实验结果的科学分析，得到了与实验前预期相一致的结果。我们发现，电场对硅表面摩擦力具有影响，并且具有可逆特性，其中正偏压对n型硅的影响较大；电场之所以能够调控硅表面的摩擦力是因为电场诱导产生静电力，进而在探针与样品表面产生一定的粘附力，从而产生摩擦力。
电场对硅表面摩擦力的调控作用为微纳米器件中的摩擦磨损问题提供了一个新的解决思路，对微纳器件的发展意义重大，希望在不久的将来越来越多的微纳器件能够进入我们的生活。


关键字：微纳米机电器件 单晶硅 摩擦力学性能 电场 AFM