Adhesion- Och FriktionsStudier Av Material För Microelectromechanical System (MEMS) som Använder den Nano Tribometeren Från CSM, Instrumenterar

Täckte Ämnen

Bakgrund

Testa Metoden

Tvinga KalibreringsTäppaMetoden

AdhesionMätning

FriktionsStyrkaMätningar

Hastighet Verkställer

SläktingFuktighet

Resultat

Temperaturen Verkställer

Bakgrund

På grund av det stort ytbehandla område till volymförhållandet i MEMS-apparater som storleksanpassafjällminskningarna, blir dominerar ytbehandlastyrkorna liksom adhesion och friktion mer och mer kritiska och över tröga och gravitations- styrkor. Denna artikel framlägger några resultat från mätningar som göras med en Nano Tribometer från CSM, Instrumenterar på ett val av gemensamt använda strukturella material för MEMS.

Testa Metoden

Testar utfördes genom att använda en Si (100) klumpa ihop sig av μm för radie 500 som den sfäriska partnern som monteras på en rostfritt stålcantilever. Trena tar prov material bestod av ett 100) rån för singel-kristallen Si ((dopat phosphorous), ettnågot liknande kol (DLC) filmar av tjocklek 10 nm (som sättas in på (ett 100) rån) för Si, och enförsamlad monolayer för hexadecanethiol som (HDT) (SAM) sättas in på en 100) substrate för Au (111) /Si (av immersion.

Metod för StyrkaKalibreringsTäppa

De adhesive styrkorna mättes i omgivande villkorar (22°C, släktingfuktighet av 45% - 55%) genom att använda en teknik som mycket var liknande metoden till för `-styrkakalibreringen som för täppan' användes i ScanningStyrkaMicroscopy (SFM).

Detta består av att komma med klumpa ihop sig in i kontakt med ta prov som är materiell i som långt kontrolleras, och att hålla ytbehandlar i kontakten för en tidsperiod. Maximat styrka, det nödvändiga handtag det övre och ytbehandlar lower ifrån varandra, mätas som den adhesive styrkan.

AdhesionMätning

Ett typisk exempel av en sådan adhesionmätning visas i Fig. 1 för en Si (100) klumpa ihop sig i kontakt med en lägenhet av samma som är materiella. Ta prov inom några nanometers (peka A), Som klumpa ihop sig att närma sig flen på, en dragningskraft finns mellan tvåna ytbehandlar. Klumpa ihop sig dras därför in mot ta prov, och kontakten uppstår på pekar B. Adsorptionen av bevattnar molekylar på ta prov ytbehandlar kan också accelerera detta som så-kallas plötslig-i, tack vare bildandet av en bevattnamenisk. Från detta peka på, är klumpa ihop sig i kontakt med ta prov ytbehandlar, och, som detPiezo fördjupa vidare, avböjs cantileveren vidare. Detta föreställs av sluttad portionr av bukta. Tiden verkställer på den adhesive styrkan kan vara utstuderad, genom att underhålla detPiezo på dess maximum längd för olika tidsperioder. (Peka C), Som klumpa ihop sig är därefter tillbakadragen från ytbehandla, går den det okända som nollavböjningen (lägenhet) fodrar tack vare dragningskraften. Detta fenomen kan vara tack vare lång-spänner meniskstyrka, skåpbil der Waals styrka eller elektrostatisk styrka. På peka D, klumpa ihop sigknäppen som är fria av bindemedelstyrkorna och, är i fritt luftar igen.

AZoNano - Aet till Z av Nanotechnology - Typiska adhesiondata för en Si (100) klumpa ihop sig kontakta en Si (100) fl på med en vilatid av 2 understöder. Cantileveravböjningen konspireras som en fungera av tid (a) och av förskjutning (b) som klumpa ihop sig att närma sig till ytbehandla, den etablerade kontakten och den tillbakadragna klumpa ihop sig därefter.

Figurera 1. Typiska adhesiondata för en Si (100) klumpa ihop sig kontakta en 100) lägenhet för Si (med en vilatid av 2 understöder. Cantileveravböjningen konspireras som en fungera av tid (a) och av förskjutning (b) som klumpa ihop sig att närma sig till ytbehandla, den etablerade kontakten och den tillbakadragna klumpa ihop sig därefter.

AZoNano - Aet till Z av Nanotechnology - Variation av friktionsstyrka som en fungera av den applicerade det normala laddar för mätningar som göras på Si (100), DLC, och HDT ytbehandlar med en Si (100) klumpa ihop sig av radie 500μm. En glidning rusar av 720μms-1, och glida amplitud av 1000μm användes i det linjära göra en gentjänst funktionsläget.

Figurera 2. Variation av friktionsstyrka som en fungera av den applicerade det normala laddar för mätningar som göras på Si (100), DLC, och HDT ytbehandlar med en Si (100) klumpa ihop sig av radie 500μm. En glidning rusar av 720μms,-1 och glida amplitud av 1000μm användes i det linjära göra en gentjänst funktionsläget.

FriktionsStyrkaMätningar

De frictional styrkorna mättes, genom att använda instrumentera i det linjära göra en gentjänst funktionsläget (som motsatt till klämma fastdisken funktionsläget) med applicerad det normala, laddar i spänna 100 till 2500μN. Genomsnittet värderar av det samverka av friktion erhölls, genom att mäta den frictional styrkan, som en fungera av det normala laddar, och reproducibility fanns för att vara inom ± 5%. Några typiska resultat resumeras i Fig. 2 var det kan ses att alla trena tar prov utställningen som ett linjärt svar över mätt laddar spänner. Koefficienterna av friktion beräknades och rangordnades i efter beställa: μSi (0,47) > μDLC (0,19) > μHDT (0,15). Detta bekräftade att tunna lagrar av DLC och HDT kan användas som effektiva smörjmedel för Si-material i MEMS-apparater.

Hastighet Verkställer

Verkställer av hastighet utforskades, genom att mäta den frictional styrkan med hastigheter från 50 till 2200μms-1. Allt testar bars ut i ett omgivande villkorar på en det normala laddar av 2000μN. Resultaten visas i Fig. 3 (a) och indikerar att för Si (100), minskningarna för friktionsstyrka initialt, tills equilibrium uppstår, stund som det verkar att hastigheten har nästan inget att verkställa på friktionsrekvisitan av DLC och HDT.For Si (100), på kickhastighet, bevattnamenisken är bruten och inte har nog tid till ombyggnaden. Tribochemical reaktioner tänks också för att leka en viktig roll, som SiO2 den infödda oxiden påverkar varandra med bevattnar molekylar producera Si (OH)4 som tas bort och fylls på fortlöpande under glidning. Detta lagrar för Si (OH 4) är bekant att vara av låg saxstyrka. Å andra sidan ytbehandlar kan DLCEN och HDTEN hydrophobic rekvisita för utställning och endast absorbera några bevattnar molekylar i omgivande villkorar, så friktionsstyrkan påverkas inte markant av den glidande hastigheten.

AZoNano - Aet till Z av Nanotechnology - Experimentell resultatvisning påverkan av (a) glidning av hastighet, fuktighet för släkting (b) och temperatur (c) på friktionsstyrkan av Si (100), DLC och HDT.

Figurera 3. Experimentell resultatvisning påverkan av (a) glidning av hastighet, fuktighet för släkting (b) och temperatur (c) på friktionsstyrkan av Si (100), DLC och HDT.

SläktingFuktighet

Verkställer av släktingfuktighet utforskades, genom att introducera en blandning av torrt, och fuktigt lufta. Fuktigheten kunde därför vara omväxlande från 5% till 65% stunder temperaturen, det normala laddar, och scanninghastighet underhölls på 22°C, 2000μN och 720 μms-1 respektive.

Resultat

Resultaten visas i Fig. 3 (b) och det kan ses att för Si (100), visar friktionsstyrkaförhöjningarna med en släktingfuktighetsförhöjning upp till 45% men därefter en obetydlig minskning med en mer ytterligare förhöjning i släktingfuktigheten. Fuktigheten verkade för att inte ha någon påverkan på friktionsrekvisitan av DLC eller HDT. I fallet av Si (100), orsakar den initiala förhöjningen i fuktighet upp till 45% adsorberat mer bevattnar molekylar som bildar ett större bevattnar menisken, som leder till en förhöjning i friktion. Men på mycket kickfuktighet (65%), kan det stora antalet av sådan molekylar bilda ett fortlöpande bevattnar lagrar, som avskiljer klumpa ihop sig och tar prov ytbehandlar som skapar ett smörjmedellagrar som orsakar en minskning i friktion.

Temperaturen Verkställer

Temperaturen av den tribological kontakten var omväxlande från stunden som 25°C upp till 125°C underhåller släktingfuktigheten, det normala laddar och avläser hastighet på 45%-55%, 2000μN och 720 μms-1 respektive.

Resultaten som framläggas i Fig. 3 (c) visar att på temperaturer ovanför 50°C, en förhöjning i temperatur orsakar en viktig minskning i friktionen för Si (100) och en obetydlig minskning i fallet av DLC. HDTEN verkar för att inte påverkas av ändringar i temperatur över den testade spänna. På höga temperaturer bevattnar desorption av, och förminskning av ytbehandlar spänning som är bly- till minskningen i friktionsstyrkor av Si (100) och DLC. Emellertid i fallet av HDT, endast bevattnar några molekylar adsorberas på ytbehandla, så den nämnda mekanismen utövar inte en viktig påverkan, och thus verkar HDTEN opåverkad vid någon temperaturändring.

Källa: CSM Instrumenterar

För mer information på denna källa behaga besök CSM Instrumenterar

Date Added: Dec 12, 2006 | Updated: Dec 2, 2014

Last Update: 9. December 2014 20:02

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit