作者: 来源:《自然—纳米技术》 发布时间:2009-9-21 10:50:12
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开发出能清除纳米级机械磨损方法
 
IBM科学家日前公开展示了一种大有希望的实用技术,该技术能有效消除扫描探针技术中使用的纳米针尖的机械磨损。此一发现将有助于开发出下一代更为先进的计算机芯片,使芯片具有更高性能和更小体积。以扫描探针为基础的工具可超越目前生产和表征工具的可能极限,扩展其测量能力、质量和精度。
 
扫描探针技术利用纳米尺度的原子力显微镜针尖,通过在物体表面以非常接近的方式进行扫描而非滑动来操纵纳米结构和设备,有点类似于老式留声机的唱针运行方式。原子力显微镜等技术现已成为探索纳米世界的重要工具。扫描探针技术提供了在原子或分子尺度上的最高可能分辨率,代表着科学家的“眼”、“耳”、“鼻”、“手”。
 
在半导体行业,这些技术由于其原子层级的分辨率和操纵能力,成为开发制造下一代超小尺寸芯片的宠儿。利用这些技术的大规模工业用途的一个关键性制约因素就是针尖的机械磨损。运动部件之间摩擦产生的磨损是所有宏观及纳米层级力学过程所固有的。但是,依赖于纳米针尖的扫描探针技术其顶端仅为5个纳米,因此这个问题更为严峻。几个立方纳米就能影响针尖的灵敏度。未来工业化应用中,在一个硅片上的大型特性表征化区域内,针尖就需要在无需更换的情况下滑动数千公里。而在目前使用的扫描模式下,针尖在运动数米后就磨损了。此外,摩擦除了造成针尖的磨损外,还能造成特征化表面的损坏。
 
IBM科学家在9月份出版的《自然—纳米技术》杂志上发表的论文就旨在解决此一问题。通过调节作用于针尖样本接触点上的力,研究人员有效地消除了在聚合物表面滑动的针尖的磨损,使其滑动距离超过了750米。给悬臂(针尖依附与受控的力臂)和样本表面之间施以交流电压后,悬臂即能以1兆赫兹的频率进行激励。此时,悬臂的弯曲和针尖的振动幅度仅在几乎察觉不到的1纳米左右。虽然微乎其微,但正是这种振动大大降低了摩擦,消除了针尖的磨损,从而能检测到低至每米中失去1个原子这样的极限反应。针尖在连续运行一周,经过750米的磨损试验后依然处于完美的运行状态。
 
随着磨损问题的解决,IBM苏黎世研究中心的研究人员目前正在探寻扫描探针技术的大量潜在应用,如纳米加工、纳米光刻和高速测量等。通过并行运行大量的针尖,芯片的开发和制造过程中就能实现高通量、高速度和自动计量。与现有工具相比,这样的计量系统将能以更高的精度和准确度、更低的成本来表征器件的尺寸或确定结构化硅片中的瑕疵。为了实现复杂二维和三维纳米结构的高速模式化,IBM研究人员目前还在研究更为强大的扫描探针技术。(来源:科技日报 冯卫东)
 
 
 
 
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