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1、基于弯曲测试技术的纳米梁厚度的精密测量第8卷第1期2010年1月纳米技术与精密工程NanotechnologyandPrecisionEngineeringV01.8No.1Jan.2010基于弯曲测试技术的纳米梁厚度的精密测量徐临燕,栗大超,刘瑞鹏,傅星,胡小唐,张文栋.(1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;2.天津航海仪器研究所质标处,天津300131;3.中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051)摘要:针对广泛应用的扫描电镜和台阶仪在测量纳米厚度时存
2、在的破坏性和近似性等局限性,提出了一种基于弯曲测试技术实现纳米梁厚度精密测量的方法.该方法的核心思想是悬浮结构在载荷的作用下产生初始弯曲直至其下表面与衬底接触的过程中形成的载荷一位移曲线会出现斜率明显不同的两个直线段,其交点代表了悬浮结构下表面与衬底之间的初始接触,由此可测量出该悬浮结构下表面与衬底之间的间隙,从而间接得到结构的厚度值.分别采用原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪作为测试平台对单晶硅固支纳米梁进行了厚度测量,两种测量仪器得到了一致性较好的测量结果.讨论了测量随机误差,系统误差以及数
3、据计算误差等对测试结果的影响和相应的误差降低方法.关键词:纳米梁;厚度;原子力显微镜;纳米压痕;弯曲测试中图分类号:TP206.1文献标志码:A文章编号:1672-6030(2010)01-0007-05PrecisionMeasurementofNanobeamThicknessUsingBendingTestXULin—yan,LIDa—chao,LIURui.peng,FUXing,HUXiao.tang,ZHANGWen.dong.(1.StateKeyLaboratoryofPreci
4、sionMeasuringTechnologyandInstruments,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.DepartmentofQualityStandardization,TianjinNavigationInstrumentsResearchInstitute,Tianjin300131,China;3.NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology,NoahUniversit
5、yofChina,Taiyuan030051,China)Abstract:AsnanothicknessmeasurementwithSEMandsidestepapparatushasthelimitationofapproxi—marionanddestructiveeffect,aprecisemeasurementmethodfornanobeamthicknessbasedonbendingtestwasproposed.Thekeypointoftheproposedmethodi
6、sthataturningpointwillshowupintheforce—displacementcurveofthesuspendingnanobeamunderaloadforcewhenthelowersurfaceofthebeamcontactsthesubstrate.Therelativedistancebetweentheinitialbendingpointandtheturningpointisthegapbetweenthelowersurfaceofthenanobe
7、amandthesubstrate,andthethicknessofthesuspendingnanobeamcanbecalculatedconsequently.Thicknessofsingle—crystalsiliconclampednanobeamwasmeasuredusingAFMandnanoindenter,whichshowsconsistentmeasuringresults.Effectoftherandomerror,systemerrorandcalculatio
8、nerroronthemeasurementandcorrespondingwaystocuretheerrorshavealSObeendiscussed.Keywords:nanobeam;thickness;atomicforcemicroscope;nanoindentation;bendingtest纳米结构厚度的精密非破坏性测量方法的研究具有十分重要的现实意义.NEMS加工工艺仍处于不断探索研究的阶段,纳米薄膜,纳米梁结构等悬浮结构的尺寸往往不能很好地控制.当这些悬浮结构本身在收稿日
