Article thumbnail

Підвищення точності діагностування рельєфу та механічних характеристик нанорозмірних структур у приладобудуванні

By Світлана Олександрівна Білокінь

Abstract

Дисертація на здобуття вченої степені кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – Прилади та засоби контролю і складу речовини. Національний технічний університет України ”Київський політехнічний інститут”. – Київ, 2015. Встановлені фактори і досліджені процеси, що впливають на точність діагностування рельєфу та механічних характеристик нанорозмірних структур у приладобудуванні. Проведене модифікування вуглецевим покриттям інструменту атомно-силового мікроскопу, а саме – кремнієвого зонду; розроблений спосіб зняття електростатичного заряду та визначені оптимальні режими роботи атомно- силового мікроскопу в результаті чого в 2,5…3 рази зменшується кількість артефактів, на 25…30% підвищується термін служби та у 1,4…3,4 рази – повторюваність результатів сканування. Захищаються 36 наукових праць, що містять результати дослідження рельєфу та механічних характеристик нанометричних елементів методом атомно-силової мікроскопії з використанням зондів модифікованих функціональними покриттями.Dissertation for science degree of doctor of technical sciences in speciality 05.11.13 – Devices and methods of control and composition of substance. National Technical University of Ukraine ”KPI” . – Kiev, 2015. Set factors and investigational processes that influence on exactness of diagnosticating relief and mechanical descriptions nanosize structures in an instrumentmaking. Conducted retrofitting by carbon coverage of instrument atomic-force microscopy, namely – silicic probe; worked out method of removal of electrostatic charge and certain optimal office hours atomic-force microscopy as a result of what the amount of artefacts diminishes in 2,5…3 times, the term of reliable exploitation rises on 25…30% and repetition of results of scan-out in 1,4…3,4 times. There are on the defensive 36 scientific works that contain research results relief parameters and mechanical descriptions nanometrical elements by the method of atomic-force microscopy with the use of probes modified by functional coverages.Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 – Приборы и методы контроля и состава вещества. Национальный технический университет Украины ”Киевский политехнический институт”. – Киев, 2015. Определен ряд нерешенных вопросов, связанных с повышением точности диагностики рельефа и механических характеристик диэлектрических поверхностей наноразмерных структур, что в свою очередь обеспечит высокие и стабильные показатели эксплуатационных характеристик элементов изделий точного приборостроения. При реализации задачи диагностики нанорельефа и механических характеристик изделий точного приборостроения необходимо учитывать точность, воспроизводимость и надежность результатов измерения, которые отвечают требованиям, выдвигаемым отечественными и международными стандартами. Установлены основные факторы, влияющими на точность диагностики и долговечность зондов АСМ, а именно, такие негативные факторы, как капиллярные силы, силы электростатического взаимодействия и силы упругого взаимодействия. Представлены метрологические основы проведения экспериментальных исследований рельефа и механических характеристик наноразмерных структур методом АСМ; приведен алгоритм и выбраны оптимальные параметры, согласно которым проводилась модификация поверхностей кремниевых зондов АСМ функциональным углеродным покрытием методом термического осаждения в вакуум, а также разработан комплекс экспериментальных методик, что позволяет осуществлять более точное измерение нанорельефа и механических характеристик с высокой степенью воспроизводимости и повторяемости результатов диагностики, подобраны и оптимизированы рабочие режимы сканирования, а также учтены гидрофобные свойства зондов и исследуемых поверхностей. Раскрыт механизм взаимодействия диэлектрических зондов АСМ с поверхностями, которое учитывает накопление электростатического заряда на поверхности зонда и на исследуемой поверхности, действие капиллярных сил между зондом и тонкой пленкой адсорбируемой жидкости на поверхности исследуемого образца, а также действие упругих сил по возобновлению поверхностного слоя при его наноиндентировании кремниевым коническим зондом АСМ. Показано, что модификация зондов тонким углеродным покрытием, применение модуля снятия электростатического заряда и выбор оптимальных рабочих режимов (скорости сканирования по горизонтали Vгор = 9,08…10,2 мкм/с, времени задержки перед измерением τ ≥ 6 мс, шаге сканирования h ≤ 82 нм) можно снизить суммарную силу взаимодействия при подводе зонда к образцу на два порядка и на порядок при внедрении, чем расширяет диапазон измерений с помощью АСМ и увеличивает качество сканирования. В результате использования результатов расчетов и выбора оптимальных режимов сканирования были минимизированы с 65% до 33…35% основные лимитирующие факторы (сила электростатического взаимодействия, капиллярная сила) и повышены точность, надежность и воспроизводимость результатов. С применением зондов АСМ, модифицированных функциональным углеродным покрытием экспериментально исследован рельеф, микротвердость и износостойкость) диэлектрических поверхностей со сформированными на них наноразмерными структурами. В следствии этого установлено увеличение горизонтальной разрешающей способности методу АСМ при измерении нанорельефа с 1 нм до 0,5 нм, расширен диапазон определения микротвердости материалов от 47...1121 кгс/мм2 до 10...3976 кгс/мм2. Показано, что эффективность использования зондов, модифицированных углеродным покрытием при оптимальных рабочих режимах и с использованием модуля снятия электростатического заряда уменьшает количество артефактов сканирования в 2,5…3 раза, увеличивает срок надежной эксплуатации на 25…30%, повышает повторяемость результатов сканирования в 1,4….3,4 раза, а воспроизводимости в 3,25…4,5 раза как микрогеометрических параметров, так и механических характеристик. Рассмотрена возможность использования разработанных методик и оборудования (в частности, модуля снятия электростатического заряда) на предприятиях, которые специализируются в отраслях приборостроения, метрологических исследованиях в области нанотехнологий, электроники и т.п., а также в учебном процессе высших учебных заведений Украины

Topics: 681.2:620.1 (043)
Publisher: Київ
Year: 2014
OAI identifier: oai:ela.kpi.ua:123456789/13696
Download PDF:
Sorry, we are unable to provide the full text but you may find it at the following location(s):
  • https://ela.kpi.ua/handle/1234... (external link)
  • Suggested articles


    To submit an update or takedown request for this paper, please submit an Update/Correction/Removal Request.