廣東半導體納米力學測試模塊

當前納米力學主要應(yīng)用的測試手段是納米壓痕和基于原子力顯微鏡(AFM) 的力—距離曲線方法，實際上還有另外一種基于AFM 的納米力學測試方法——掃描探針聲學顯微術(shù)(atomic force acoustic microscopy，AFAM)。AFAM具有分辨率高、成像速度快、相對誤差低、力學性能敏感度高等優(yōu)點。然而，目前AFAM 的應(yīng)用還不夠普遍，相關(guān)領(lǐng)域的學者對AFAM 了解和使用的還不多。為此，我們在前期研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過整理和凝練，形成了這部專著，目的是推動AFAM這種新型納米力學測量方法在國內(nèi)的普遍應(yīng)用。在生物醫(yī)學領(lǐng)域，納米力學測試有助于了解細胞與納米材料的相互作用機制。廣東半導體納米力學測試模塊

AFAM 方法較早是由德國佛羅恩霍夫無損檢測研究所Rabe 等在1994 年提出的。1996 年Rabe 等詳細分析了探針自由狀態(tài)以及針尖與樣品表面接觸情況下微懸臂的動力學特性，建立了針尖與樣品接觸時共振頻率與接觸剛度之間的定量化關(guān)系。之后，他們還給出了考慮針尖與樣品側(cè)向接觸、針尖高度及微懸臂傾角影響的微懸臂振動特征方程。他們在這方面的主要工作奠定了AFAM 定量化測試的理論基礎(chǔ)。Reinstaedtler 等利用光學干涉法對探針懸臂梁的振動模態(tài)進行了測量。Turner 等采用解析方法和數(shù)值方法對比了針尖樣品之間分別存在線性和非線性相互作用時，點質(zhì)量模型和Euler-Bernoulli 梁模型描述懸臂梁動態(tài)特性的異同。海南微納米力學測試系統(tǒng)納米力學測試通常在真空或者液體環(huán)境下進行，以保證測試的準確性。

摘要 隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，材料的研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用進入了微納米尺度，微納米材料憑借其出色的性能被人們普遍應(yīng)用于科研和生產(chǎn)生活的各方各面。與此同時，人們正深入研究探索微納米尺度的材料力學性能參數(shù)測量技術(shù)方法，以滿足微納米材料的飛速發(fā)展和應(yīng)用需求。微納米力學測量技術(shù)的應(yīng)用背景，隨著材料的研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用進入微納米尺度,以往的通過宏觀的力學測量手段已不適用于測量微納米薄膜和器件的力學性能參數(shù)的測量。近年來，微納米壓入和劃痕等力學測量手段隨著微納米材料的發(fā)展和應(yīng)用，在半導體薄膜和器件、功能薄膜、新能源材料、生物材料等領(lǐng)域應(yīng)用愈發(fā)普遍，因此亟待建立基于微納米尺度的材料力學性能參數(shù)測量的技術(shù)體系。

樣品制備，納米力學測試納米纖維的拉伸測試前需要復(fù)雜的樣品制備過程，因此FT-NMT03納米力學測試具備微納操作的功能，納米力學測試利用力傳感微鑷或者微力傳感器可以對單根納米纖維進行五個自由度的拾取-放置操作（閉環(huán)）?？梢允褂镁劢闺x子束（FIB）沉積或電子束誘導沉積（EBID）對樣品進行固定。納米力學測試這種結(jié)合了電-機械測量和納米加工的技術(shù)為大多數(shù)納米力學測試應(yīng)用提供了完美的解決方案。SEM/FIB集成，得益于FT-NMT03納米力學測試系統(tǒng)的緊湊尺寸（71×100×35mm），該系統(tǒng)可以與市面上絕大多數(shù)的全尺寸SEM/FIB結(jié)合使用，在樣品臺上安裝和拆卸該系統(tǒng)十分簡便，只需幾分鐘。此外，由于FT-NMT03納米力學測試的獨特設(shè)計（無基座、開放式），納米力學測試體系統(tǒng)可以和電子背向散射衍射儀（EBSD）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）技術(shù)兼容。納米力學測試可以應(yīng)用于納米材料的力學模擬和仿真，加速納米材料的研發(fā)和應(yīng)用過程。

2005 年，中國科學院上海硅酸鹽研究所的曾華榮研究員在國內(nèi)率先單獨開發(fā)出定頻成像模式的AFAM，但不能測量模量。隨后，同濟大學、北京工業(yè)大學等單位也對這種成像模式進行了研究。2011 年初，我們研究組將雙頻共振追蹤技術(shù)用于AFAM，實現(xiàn)了快速的納米模量成像(一幅256×256 像素的圖像只需1~2min)，并對其準確度和靈敏度進行了系統(tǒng)研究。較近幾年，AFAM 引起了越來越多國內(nèi)外學者的關(guān)注。然而，相對于其他AFM 模式，AFAM 的測量原理涉及梁振動力學和接觸力學，初學者不容易掌握。通過納米力學測試，我們可以評估納米材料在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性。高校納米力學測試供應(yīng)商

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米力學測試技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代，以適應(yīng)更高精度的測試需求。廣東半導體納米力學測試模塊

掃描探針聲學顯微術(shù)一般適用于模量范圍在1~300 GPa 的材料。對于更軟的材料，在測試過程中接觸力有可能會對樣品造成損害?；谳p敲模式的原子力顯微鏡多頻成像技術(shù)是近年來發(fā)展的一項納米力學測試方法。通過同時激勵和檢測探針多個頻率的響應(yīng)或探針振動的兩階(或多階) 模態(tài)或探針振動的基頻和高次諧波成分等，可以實現(xiàn)對被測樣品形貌、彈性等性質(zhì)的快速測量。只要是涉及探針兩個及兩個以上頻率成分的激勵和檢測，均可以歸為多頻成像技術(shù)。由于輕敲模式下針尖施加的作用力遠小于接觸狀態(tài)下的作用力，因此基于輕敲模式的多頻成像技術(shù)適合于軟物質(zhì)力學性能的測量。廣東半導體納米力學測試模塊