深圳半导体纳米力学测试实验室

摘要 随着科学技术的发展进步，材料的研发和生产应用进入了微纳米尺度，微纳米材料凭借其出色的性能被人们普遍应用于科研和生产生活的各方各面。与此同时，人们正深入研究探索微纳米尺度的材料力学性能参数测量技术方法，以满足微纳米材料的飞速发展和应用需求。微纳米力学测量技术的应用背景，随着材料的研发生产和应用进入微纳米尺度,以往的通过宏观的力学测量手段已不适用于测量微纳米薄膜和器件的力学性能参数的测量。近年来，微纳米压入和划痕等力学测量手段随着微纳米材料的发展和应用，在半导体薄膜和器件、功能薄膜、新能源材料、生物材料等领域应用愈发普遍，因此亟待建立基于微纳米尺度的材料力学性能参数测量的技术体系。纳米力学测试的前沿研究方向包括多功能材料力学、纳米结构动力学等领域。深圳半导体纳米力学测试实验室

对纳米材料和纳米器件的研究和发展来说，表征和检测起着至关重要的作用。由于人们对纳米材料和器件的许多基本特征、结构和相互作用了解得还不很充分，使其在设计和制造中存在许多的盲目性，现有的测量表征技术就存在着许多问题。此外，由于纳米材料和器件的特征长度很小，测量时产生很大扰动，以至产生的信息并不能完全表示其本身特性。这些都是限制纳米测量技术通用化和应用化的瓶颈，因此，纳米尺度下的测量无论是在理论上，还是在技术和设备上都需要深入研究和发展。深圳半导体纳米力学测试实验室纳米力学测试可以帮助解决材料在实际使用过程中遇到的损伤和磨损问题。

Berkovich压头是纳米压痕硬度计中较常用的。它可以加工得很尖，而且几何形状在很小尺度内保持自相似，适合于小尺度的压痕实验。目前，该类压头的加工水平：端部半径50nm，典型值约40nm，中心线和面的夹角精度为J=0.025°。在纳米压痕硬度测量中，Berkovich压头是一种理想的压头。优点包括：易获得好的加工质量，很小载荷就能产生塑性，能减小摩擦的影响。Cube-corner压头因其三个面相互垂直，像立方体的一个角，故取此名称。压头越尖，就会在接触区内产生理想的应力和应变。目前，该种压头主要用于断裂韧性(fracture toughness)的研究。它能在脆性材料的压痕周围产生很小的规则裂纹，这样的裂纹能在相当小的范围内用来估计断裂韧性。锥形压头圆锥具有尖的自相似几何形状，从模型角度常利用它的轴对称特性，纳米压痕硬度的许多模型均基于圆锥压痕。由于难以加工出尖的圆锥金刚石压头，它在小尺度实验中很少使用。

原位纳米力学测试系统是一种用于材料科学领域的仪器，于2011年10月27日启用。压痕测试单元：（1）可实现70nN~30mN不同加载载荷，载荷分辨率为3nN；（2）位移分辨率：0.006nm，较小位移：0.2nm，较大位移：5um；（3）室温热漂移：0.05nm/s；（4）更换压头时间：60s。能够实现薄膜或其他金属或非金属材料的压痕、划痕、摩擦磨损、微弯曲、高温测试及微弯曲、NanoDMA、模量成像等功能。力学测试芯片大小只为几平方毫米，亦可放置在电子显微镜真空腔中进行原位实时检测。在进行纳米力学测试时，需要特别注意样品的制备和处理过程，以避免引入误差。

常把纳米力学当纳米技术的一个分支，即集中在工程纳米结构和纳米系统力学性质的应用面。纳米系统的例子，包括纳米颗粒，纳米粉，纳米线，纳米棍，纳米带，纳米管，包括碳纳米管和硼氮纳米管，单壳，纳米膜，纳米包附，纳米复合物/纳米结构材料（有纳米颗粒分散在内的液体），纳米摩托等。纳米力学一些已确立的领域是：纳米材料，纳米摩檫学（纳米范畴的摩檫，摩损和接触力学），纳米机电系统，和纳米应用流体学（Nanofluidics）。作为基础科学，纳米力学是以经验原理（基本观察）为基础。包括：1.一般力学原理；2.由于研究或探索的物体变小而出现的一些特别原理。纳米力学测试在生物医学领域的应用，有助于揭示生物分子和细胞结构的力学特性。深圳半导体纳米力学测试实验室

随着纳米技术的不断发展，纳米力学测试技术也在不断更新换代，以适应更高精度的测试需求。深圳半导体纳米力学测试实验室

纳米测量技术是利用改制的扫描隧道显微镜进行微形貌测量，这个技术已成功的应用于石墨表面和生物样本的纳米级测量。国外于1982年发明并使其发明者Binnig和Rohrer（美国）荣获1986年物理学诺贝尔奖的扫描隧道显微镜（STM）。1986年，Binnig等人利用扫描隧道显微镜测量近10－18N的表面力，将扫描隧道显微镜与探针式轮廓仪相结合，发明了原子力显微镜，在空气中测量，达到横向精度3n m和垂直方向0．1n m的分辨率。California大学S．Alexander等人利用光杠杆实现的原子力显微镜初次获得了原子级分辨率的表面图像。深圳半导体纳米力学测试实验室