[发明专利]一种薄膜样品的力学性质测量方法

说明书

本发明涉及材料科学领域，一种薄膜样品的力学性质测量方法，将透镜探针切换到探头的探针位I；控制微驱动器使得透镜探针移动至刚好接触样品表面；显微镜物镜实时记录样品图像；法向力测量：控制微驱动器使得透镜探针继续向样品表面施加压力，记录反射镜I和反射镜II的偏向，通过计算机得到法向的相互作用力，并与显微镜物镜记录的样品图像进行组合分析，得到样品表面形变与法向作用力之间的关系；切向力测量：控制微驱动器以保持透镜探针与样品的法向力恒定，同时使样品台在z方向移动，记录反射镜I和反射镜II的偏向，通过计算机得到切向的相互作用力，并与显微镜物镜记录的样品图像进行组合分析，得到样品形变与法向力及样品台移动速度的关系。

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种能够同时测量薄膜的力学及电学性质的一种薄膜样品的力学性质测量方法。

背景技术

介电薄膜材料应用广泛，在用于电子器件表面的绝缘时，需要具备低漏电率及高介电常数等电学特性，同时，薄膜的力学特性如表面力有重要的研究意义，包括法向和切向的形变及摩擦力的成像，但是，现有技术对有较大形变量的薄膜表面进行成像的效果较差，且对薄膜进行电学测量时的充电过程不易控制，所述一种薄膜样品的力学性质测量方法能够解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明能够对薄膜样品表面进行力学测量，并进行原位成像，以此来获得薄膜的力学特性，并能够对薄膜进行相关电学测量。

本发明所采用的技术方案是：

薄膜测试装置主要包括光纤传感器I、反射镜I、光纤传感器II、反射镜II、探头、透镜探针、电晕探针、高压恒流源、金属罩、栅网、位移台、直流电源、电压源、样品、样品台、接地环电极、主电极、显微镜物镜、计算机、电流计和电流控制器，xyz为三维空间坐标系，所述探头具有前端和末端，所述探头从前端至末端由探针盘、悬臂和微驱动器连接而成，微驱动器能够在y方向移动，最小移动步进为60纳米、最大移动范围为30毫米、最大移动速率为2毫米/秒，所述探针盘为圆盘状，探针盘下表面具有探针位I、探针位II和探针位III，所述探针位I位于探头前端，探针位I能够安装透镜探针、也能够安装电晕探针，探针位II能够安装透镜探针，探针位III能够安装电晕探针，能够将透镜探针从探针位II切换至探针位I以进行力学实验，能够将电晕探针从探针位II切换至探针位I以进行电学实验，探针盘上表面安装有反射镜II，反射镜II与xz平面平行，探针盘侧面安装有反射镜I，反射镜I与xy平面平行；光纤传感器I和光纤传感器II分别电缆连接计算机，光纤传感器I的位置固定并正对着反射镜I，光纤传感器II的位置固定并正对着反射镜II，透镜探针顶端是一个直径范围为1.5毫米至4毫米的半球形的玻璃透镜，电晕探针电缆连接高压恒流源，电晕探针长为20毫米、直径为0.3毫米；探头的透镜探针和电晕探针的下方依次安装有金属罩和栅网，所述金属罩和栅网均连接于位移台，位移台能够分别控制金属罩和栅网移动，金属罩通过位移台电缆连接直流电源，金属罩是长度为24毫米、底面直径为18毫米的圆柱面，圆柱面的轴线沿y方向，栅网是由直径为0.2毫米的金属线组成的边长为2毫米的正方形网格，栅网通过位移台电缆连接电压源，电压源电缆连接电流控制器；样品台位于栅网下方，样品台能够在xz平面内移动，最小移动步进为60纳米、最大移动范围为30毫米、最大移动速率为2毫米/秒，样品台底部具有接地环电极和主电极，所述接地环电极外径为20毫米、内径为18毫米，所述主电极为直径14毫米的圆盘并能够透光，样品位于样品台内，样品分别与接地环电极和主电极接触，主电极依次电缆连接电流计、电流控制器和计算机，显微镜物镜位于样品台下方；电流计测得的样品充电电流I₁输入到电流控制器，计算机中预设的样品充电电流I₂输入到电流控制器，电流控制器比较I₁和I₂后输出反馈信号至电压源，以能够控制施加在栅网上的电压。

所述一种薄膜样品的力学性质测量方法的步骤为：

一.将透镜探针切换到探头的探针位I；