大きな表面積のためのMEMSデバイスの体積比に大きさのスケールが小さくなるにつれて、このような接着や摩擦などの表面力はますます重要になると慣性力と重力にわたって支配している。この記事ではで行われた測定から、一部の結果提示のナノ摩擦計からCSMインスツルメンツ一般的に使用されるMEMS構造材料の選定についてを。 テスト方法 テストは、ステンレス製のカンチレバーにマウントされている球状のパートナーとして、半径が500μmのSi（100）ボールを用いて行った。 3つのサンプル材料は単結晶Si（100）ウエハ（リンドープ）、厚さのダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜10 nmの（シリコン（100）ウエハ上に堆積）とヘキサデカンチオール（HDT）の内訳自己組織化単分子膜（SAM）は、浸漬によるAu（111）/ Si（100）基板上に堆積。 強制的にキャリブレーションプロット法 フォース顕微鏡（SFM）のスキャンに使用される"力のキャリブレーションプロット'メソッドに非常に類似した技術を用いて-接着力は、周囲条件（55％22℃、45％相対湿度）で測定した。 これにより、制御された方法で試料物質との接触にボールを持ってきて、一定期間接触面を保つで構成されています。離れて上下面を引き出すために必要な最大の力は、接着力として測定されます。 接着測定 このような付着力測定の典型的な例を図に示します。同じ材質のフラットと接触したSi（100）ボール1。ボールが数ナノメートル（を指す）内のサンプルのフロリダ州に近づくと、引力は2つの面の間に存在する。ボールは、したがって、試料に向かって引っ張らとの接触は点Bで試料表面上の水分子の吸着は、水のメニスカスが形成されるため、このいわゆるスナップインを加速することができます発生します。この時点から、ボールは試料表面に接触している、とZ -ピエゾがさらに拡張として、カンチレバーはさらに偏向される。これは、曲線の傾斜部分で表されます。粘着力の時間の効果は様々な期間におけるその最大の長さでZ -ピエゾを維持することによって調べることができます。ボールは、表面（C点）から退避されるように、それが引力に起因するゼロたわみ（フラット）のラインを超えて。この現象は、長期的なメニスカス力、ファンデルワールス力や静電気力に起因することができます。 D点で、ボールは粘着力の自由なスナップと自由大気に再びです。 %20Using%20The%20Nano%20_files/image002.gif) 図1 はSi（100） ボールの一般的な接着のデータは2秒の残り時間でフラットのSi（100）に問い合わせる。カンチレバーのたわみは、（b）ボールが表面に近づくにつれて、確立されたとボールがその後撤回連絡時間の関数（）として、変位のプロットされます。 %20Using%20The%20Nano%20_files/image003.gif) 図2。 半径500μmのSi（100）ボールでのSi（100）、DLCおよびHDTの表面で行われた測定のために適用される通常の負荷の関数として摩擦力の変化。 720μms-1 と1000μmの摺動振幅 のすべり速度は、 直線往復モードで使用されていた。 摩擦力の測定 摩擦力は、範囲100〜2500μNに適用される通常の負荷で直線往復モード（のようなピンオンディスクモードではなく）で測定器を用いて測定した。摩擦係数の平均値は、通常の負荷と再現性は± 5％以内であることがわかったの関数として摩擦力を測定することによって得られた。いくつかの典型的な結果を図にまとめられています。それはすべての3つのサンプルが測定された負荷の範囲で線形応答を示すことがわかる2。摩擦の係数を計算し、次の順序でランク付けされた：μSi（0.47）>μDLC（0.19）>μHDT（0.15）。これは、DLCとHDTの薄い層がMEMSデバイスのSi材 料のための効果的な潤滑剤として使用できることを確認した。 速度効果 速度の影響は、50〜2200μms-1の速度で摩擦力を測定することによって調べた。すべてのテストは2000μNの通常の負荷で、周囲条件で実施した。結果を図に示す。図3（a）と均衡が発生するまでのSi（100）のために、摩擦力が最初に減少することを示すためには、高い速度で、それは速度がDLCとHDT.ForしたSi（100）の摩擦特性にはほとんど影響がないようだwhilst 、水のメニスカスは中断され、再構築するのに十分な時間を持っていません。 SiO 2の 自然酸化膜 は摺動中に削除し、継続的に補充されるの Si（OH）4を 生成する水分子と相互作用するようにボケミカル反応はまた、重要な役割を果たすと考えられている。このSi（OH）4層は、低せん断強度であることが知られています。一方、DLCとHDTの表面は疎水性の性質を示し、摩擦力が大きくすべり速度に影響されないように周囲条件でいくつかの水分子だけを吸収することができる。 %20Using%20The%20Nano%20_files/image004.gif) 図3 はSi（100）、DLC とHDTの摩擦力の（）すべり速度、（b）の相対湿度および（c）温度の影響を示す実験結果。 相対湿度 相対湿度の影響は、乾燥や湿った空気の混合物を導入することによって調べた。温度、通常の負荷と速度のスキャンが22で維持されながら、湿度したがって、5％から65％に変化することができます℃で、それぞれ2000μNと 720μms-1を返します 。 結果 結果を図に示す。図3（b）と、それは、Si（100）のために、摩擦力は相対湿度とともに増加することがわかるには45％まで増加するが、その後、相対湿度のさらなる増加とわずかな減少を示しています。湿度は、DLCやHDTの摩擦特性に何ら影響を持つことがないようだ。したSi（100）の場合には、最大45％湿度の初期増加は摩擦の増加につながる大規模な水のメニスカスを形成する多くの吸着水分子が発生する。しかし、非常に高湿度（65％）で、このような分子の大量は、摩擦の減少を引き起こす潤滑層を作成し、ボールと試料表面を分離する連続的な水の層を形成することができる。 温度の影響 トライボロジー接点の温度は25から変化させた° C最大125 ° C、相対湿度、通常の負荷を維持し、45％-55％、 それぞれ -12000μNと720μmsで速度をスキャンしながら 。 結果は図13に示す。 3（C）50℃以上の温度でC、温度の上昇は、Si（100）の摩擦が大幅に減少し、DLCの場合にわずかな減少を引き起こすことを示している。 HDTは、試験した範囲で温度変化に影響されないようです。高温で、水と表面張力の減少の脱離は、Si（100）とDLCの摩擦力の減少につながる。前述のメカニズムが重要な影響力を行使しないようにしかし、HDTの場合には、わずかの水の分子が表面に吸着されているため、HDTは、任意の温度の変化による影響を受けないようである。 |