[发明专利]一种基于摩擦诱导构造单晶硅表面纳米凸起结构的加工方法

摘要

一种基于摩擦诱导构造单晶硅纳米凸起结构的加工方法，在扫描探针显微镜上采用尖端部为球冠状的金刚石针尖为加工工具，对单晶硅材料表面进行扫描；金刚石针尖上施加的载荷为单晶硅材料表面发生破坏的临界理论载荷的0.02－1倍，即可在单晶硅材料表面加工形成线状或面状及其他复杂形状的凸起结构。该方法在实施过程中不需要外加电场，不需要对材料表面进行任何化学处理，对环境无污染；只要通过针尖对材料表面施加一定载荷，就可以在表面加工出纳米级凸起结构；加工过程简单；加工重复性好；凸起结构的机械稳定性好。加工中使用大曲率半径的针尖，并且所用的载荷小，针尖的使用寿命长。

主权项

1、一种基于摩擦诱导构造单晶硅表面纳米凸起结构的加工方法，其具体作法是：将尖端部为球冠状的金刚石探针安装在扫描探针显微镜上，将单晶硅片固定在扫描探针显微镜的试样台上，启动扫描探针显微镜，给扫描探针施加设定的载荷F、并使其针尖沿着设定的轨迹在单晶硅表面进行刻划即可在单晶硅表面制作出纳米凸起结构；其中，给探针施加的载荷F的值，按以下方法确定：(1)由公式1E=1-v12E1+1-v22E2]]>算出等效弹性模量E，式中v₁、v₂分别为金刚石和单晶硅的泊松比，E₁、E₂分别为金刚石和单晶硅的弹性模量；(2)由公式F0=σc3π3R26E2]]>算出单晶硅片表面发生破坏的临界应力所对应的理论临界载荷F₀，式中σ_c为单晶硅的硬度，R是金刚石针尖的曲率半径；(3)扫描探针施加的载荷F为理论临界载荷F₀的0.02-1倍。