湖南半导体纳米力学测试方法

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。纳米力学测试可以解决纳米材料在微纳尺度下的力学问题，为纳米器件的设计和制造提供支持。湖南半导体纳米力学测试方法

主要的微纳米力学测量技术：1、微纳米压痕测试技术，1.1压入测试技术，压人测试技术是较初的是表征各种材料力学性能较常用的方法之一,可以追溯到 20 世纪初的定量硬度测试方法。传统的压人测试技术是利用已知几何形状的硬压头以预设的压人深度或者载荷作用到较软的样品表面,通过测量残余压痕的尺寸计算相关的硬度指数。但压入测试技术的缺陷在所能够表征的材料力学参量局限于硬度和弹性模量这2个基本的参量。1.2 微纳米压痕测试，近年来新型材料正在向低维化、功能化与复合化方向飞速发展，在微纳米尺度作用区域上开展微纳米压痕测试已被普遍用作评价材料因微观结构变化面诱发力学性能变化以及获得材料物性转变等新现象、新规律的重要工具。所能够表征的材料力学参量也不再局限于硬度和弹性模量这2个基本的参量。湖南半导体纳米力学测试方法纳米力学测试在纳米器件的设计和制造中具有重要作用。

金属玻璃纳米线的热机械蠕变测试，金属玻璃由于其独特的力学性能，如高弹性极限和高断裂韧性，而受到越来越多的关注。而且，其宽的过冷液态区间开启了超塑成形的材料加工工艺。因此定量研究金属玻璃的热机械行为是至关重要的。右图显示了针对金属玻璃超塑性性能的研究。金属玻璃纳米线通过Pt基电子束沉积方法固定在FT-S微力传感探针和样品台之间。在进行蠕变测试时（施加固定拉伸力来测量样品的形变量），纳米力学测试采用对纳米线通电加热来控制纳米线温度。这样可测试纳米线在不同温度下的热机械蠕变性能。

FT-NMT03纳米力学测试系统可以配合SEM/FIB原位精确直接地测量纳米纤维的力学特性。微力传感器加载微力，纳米力学测试结合高分辨位置编码器可以对纳米纤维进行拉伸、循环、蠕变、断裂等形变测试。力-形变（应力-应变）曲线可以定量的表征纳米纤维的材料特性。此外，纳米力学测试结合样品架电连接，可以定量表征电-机械性质。位置稳定性，纳米力学测试对于纳米纤维的精确拉伸测试，纳米力学测试系统的位移是测试不稳定性的主要来源。图2展示了FT-NMT03纳米力学测试系统位移的统计学评价，从中可以找到每一个测试间隔内位移导致的不确定性，例如100s内为450pm，意思是65%（或95%）的概率，纳米力学测试系统在100s的时间间隔内的位移稳定性小于±450pm（或±900pm）。纳米力学测试的发展促进了纳米材料及其应用领域的快速发展和创新。

纳米压痕试验举例，试验材料取单晶铝，试验在美国 MTS 公司生产的 Nano Indenter XP 型纳米硬度仪以及美国 Digital Instruments 公司生产的原子力显微镜 (AFM) 上进行。首先将试样放到纳米硬度仪上进行压痕试验，根据设置的较大载荷或者压痕深度的不同，试验时间从数十分钟到若干小时不等，中间过程不需人工干预。试验结束后，纳米压痕仪自动计算出试样的纳米硬度值和相关重要性能指标。本试验中对单晶铝(110) 面进行检测，设置压痕深度为1.5 μ m，共测量三点，较终结果取三点的平均值。在进行纳米力学测试时，需要注意避免外界干扰和噪声对测试结果的影响。湖南半导体纳米力学测试方法

利用大数据和人工智能技术，优化纳米力学测试结果分析，提升研究效率。湖南半导体纳米力学测试方法

样品制备，纳米力学测试纳米纤维的拉伸测试前需要复杂的样品制备过程，因此FT-NMT03纳米力学测试具备微纳操作的功能，纳米力学测试利用力传感微镊或者微力传感器可以对单根纳米纤维进行五个自由度的拾取-放置操作（闭环）。可以使用聚焦离子束（FIB）沉积或电子束诱导沉积（EBID）对样品进行固定。纳米力学测试这种结合了电-机械测量和纳米加工的技术为大多数纳米力学测试应用提供了完美的解决方案。SEM/FIB集成，得益于FT-NMT03纳米力学测试系统的紧凑尺寸（71×100×35mm），该系统可以与市面上绝大多数的全尺寸SEM/FIB结合使用，在样品台上安装和拆卸该系统十分简便，只需几分钟。此外，由于FT-NMT03纳米力学测试的独特设计（无基座、开放式），纳米力学测试体系统可以和电子背向散射衍射仪（EBSD）和扫描透射电子显微镜（STEM）技术兼容。湖南半导体纳米力学测试方法