基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究

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毕业论文范文题目： 基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究，论文范文关键词： 基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究
基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究毕业论文范文介绍开始：
　　基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究，博士学位论文，共149页。
　　摘要：
　　基于 SPM（Scanning Probe Microscope，扫描探针显微镜）的纳米电刻蚀加工技术具有成本低，操作灵活，精度高，加工尺寸可控，加工去除能力与材料强度和硬度无关等优势，适用于各种金属，非金属导体和半导体材料表面的纳米尺度加工和改性，因此在纳米尺度器件的加工领域中具有广阔的应用前景。目前该加工方法尚处于实验室研究阶段，还需要进行大量相关的基础实验和机理研究才能可靠和高效地应用于实际纳米尺度结构的加工中。本文针对基于 SPM 的电刻蚀加工方法进行了系统的实验研究和相关的机理研究，分别采用了 STM（Scanning Tunneling Microscope，扫描隧道显微镜）和 AFM（Atomic Force Microscope，原子力显微镜）
　　两种系统装置，致力于解决三方面的关键性问题，即研究基于 SPM 纳米电刻蚀加工方法在加工石墨样品中的实验规律，优化加工参数，从而提高加工的可控性，成像精度，加工效率和加工稳定性；有效区分基于 SPM 纳米电刻蚀加工方法在电化学和放电两种原理下进行加工的实验条件，从而在指定加工原理下获得可控的纳米结构；探究材料加工蚀除的微观过程，对局域纳米加工间隙中的电场和热场分布进行有限元计算和分析，并且采用分子动力学方法对基于放电原理的加工中热源作用下材料蚀除过程的原子运动轨迹进行模拟。主要完成的工作有以下几个方面：
　　1. 采用基于 STM 的电刻蚀加工方法在大气环境中对石墨样品表面进行了系统的加工实验研究，加工间隙控制在 0.6 nm 至 3 nm 间。在样品正极性下可以进行样品材料的蚀除加工和改性，而在样品负极性下，样品表面材料无法被去除或改性，但是可以对针尖进行尖锐化的修整，有效地提高针尖的使用寿命。实验还研究了加工偏压幅值，脉宽，加工间距，针尖几何构型，大气湿度等加工参数对电刻蚀加工结果的影响规律，同时通过研究加工过程中检测出的实时电流来进一步地分析加工状态和机理。在加工实验中可以获得深径比为 0.04~0.4 的蚀坑结构，其中加工获得最小尺寸的蚀坑直径为 10 nm，深度约为 1 nm。而加工获得最浅线槽结构的深度约为 1 nm，相当于几个石墨片层的厚度。
　　2. 采用基于 AFM 的电刻蚀加工方法在大气环境中对石墨样品表面进行了系统的加工实验研究，针尖和样品间处于接触模式下，相互作用力控制在 10 nN 以内。在样品正极性下，对 AFM 探针几何构型，加工偏压幅值，加工速度和大气湿度等过程参数进行了系统的实验研究。这种加工方式不仅可以获得各种尺寸的纳米蚀坑和蚀槽结构，还可以在电化学原理下可控地获得凸起或凹陷的纳米线结构，其中线凸起结构具有绝缘特性，加工宽度约为 40~60 nm，高度约为 1~3 nm。并且检测出电化学和放电原理下的实时电加工电流具有明显差异。还对比了基于 STM 和 AFM两种电刻蚀加工方法的特点，加工精度以及针尖寿命等。
　　3. 通过 J.G. Simmons 的通用计算公式获得了纳米尺度加工间隙中的电流密度-电压曲线，结合实验加工结果，获得了不同原理加工区域的加工电流密度阈值，并由此得到不同加工间隙下的加工电压阈值。并且采用有限元方法对基于 SPM 的纳米电刻蚀加工进行建模，计算得到不同针尖几何构型下纳米尺度间隙中的电场分布，获得了最佳电加工状态下的针尖曲率半径值。还通过有限元热电耦合计算获得了样品表面的温度场分布，并根据相变计算结果估算出纳米放电加工中，不同的加工偏压，加工间隙，针尖几何构型和样品材料下局域材料蚀除量的大小。将有限元模拟预测结果与实际加工结果进行对比，一致性较好。
　　4. 采用分子动力学方法对纳米放电加工中热效应作用下原子尺度的材料蚀除过程进行了模拟。分别以石墨和铜样品材料作为模拟对象，研究了在放电焦耳热源作用下局域样品表面的原子运动轨迹，从而确定了材料蚀除的纳观机理。并且研究和分析了热源能量大小以及不同样品晶格结构对于材料蚀除过程的影响。
　　关键词：纳米电刻蚀加工，基于 SPM 的电加工，纳米放电加工，纳米电化学氧化，分子动力学模拟
　　
　　第一章绪论
　　1.1 课题来源
　　纳米科学技术引发了一系列新的科学技术和学科的产生和发展，如纳电子学、纳米材料学、纳机械学等等。纳米科技发展的基础是纳米加工和制造技术，因此纳米级加工技术的研究吸引了全球众多学者的关注。
　　正因为纳米制造科学是支撑纳米科技走向应用的基础，自从 2009 年起，国家自然科学基金委员会就设立了“纳米制造的基础研究”重大计划，瞄准科学发展前沿、面向国家发展的重大战略需求，针对纳米精度制造、纳米尺度制造和跨尺度制造中的基础科学问题，探索制造过程由宏观进入微观时，能量、运动与物质结构和性能间的作用机理与转换规律，建立纳米制造理论基础及工艺与装备原理，提升我国纳米制造的源头创新能力[1]。本课题的研究工作是在 2009 年度国家自然科学基金委员会重大研究计划“纳米制造的基础研究”下的培育项目“纳米放电加工方法研究”（批准号：90923020）的资助下开展的，包含了基于扫描探针显微镜电刻蚀加工技术的实验和机理研究。
　　1.2 课题的研究背景和意义
　　.......

以上为本篇毕业论文范文 基于SPM的纳米电刻蚀加工实验和机理研究的介绍部分。

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