Nano estructuras semiconductoras

Diseño y Operación de un sistema material MEMS basados ​​en pruebas para la caracterización de nanomecánicos

Horacio D. Espinosa, Zhu Yong, y moldavo Nicolaie

Abstracto-In situ caracterización mecánica de nanostrucras, como los nanotubos de carbono y nanocables metálicos, en los microscopios electrónicos de barrido y de transmisión es esencial para la comprensión del comportamiento de losmateriales en la nanoescala. Este trabajo describe el diseño, fabricación y operación de una novela-microelectromecánicos (MEMS) basada en el sistema de ensayo de materiales utilizados para in situ para ensayos de tracción de las nanoestructuras. El dispositivo consiste en un actuador y un sensor de carga con una muestra en el medio. Hay dos tipos de actuadores, en el plano actuadores térmico delvariador y el peine, se utilizan para tirar de las muestras en el control de los desplazamientos y los modos de control de la fuerza, respectivamente. El sensor de carga funciona sobre la base de diferencial de detección capacitiva, de la cual el desplazamiento del sensor se registra. Mediante la determinación de la rigidez de las mediciones del sensor de resonancia mecánica, la carga de lamuestra se obtiene. Sensores de carga con distintas rigideces fueron fabricados. La mejor resolución se logra con sensores de carga que están diseñados para los nanotubos de las pruebas, llegando a 0,05 FF en la capacitancia, 1 nm en el desplazamiento, y 12 nN de la carga. Por primera vez, este esquema de materiales basados ​​en MEMS prueba ofrece la posibilidad de la observación continua de ladeformación del espécimen y la fractura con una resolución de subnanometer, al mismo tiempo que la medición de la carga aplicada por vía electrónica con nano-Newton resolución. El rendimiento general del dispositivo se demuestra mediante pruebas independientes películas de polisilicio y los nanotubos de pared múltiple cofabricated de carbono. [1670]

Índice de CondicionesCapacitiva de detección, losnanotubos de carbono, in situ microscopía, sensor de carga, nanomecánica, nanoestructuras, los nanocables.

I. INTRODUCCIÓN

[pic]Variedad de nanoestructuras, incluyendo los nanotubos de carbono y nanocables, han estimulado la investigación extensa activi-dades de la ciencia y la tecnología. Debido a sus excelentes propiedades como el tamaño pequeño, de baja densidad y alta resistencia, se hanutilizado en aplicaciones de amplio alcance de nanocompuestos en el sistema nanoelectromecánicos (NEMS) [1]. Estas aplica-ciones requieren una evaluación precisa de las propiedades mecánicas-dades de las nanoestructuras.
Un número de técnicas experimentales que se dedican a este fin son térmicamente o electrostática inducida

Recibido el 08 de agosto 2005, revisada en septiembre 10, 2006.Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation bajo el Premio DMR-0315561. Nanomanipulación y in situTEM pruebas se llevaron a cabo en el Centro de Microanálisis de Materiales de la Universidad de Illinois, que está parcialmente financiado por el Departamento de Energía de EE.UU. con la beca DEFG02-96-ER45439. Asunto Editor S. M. Spearing.
Los autores son con el Departamento deIngeniería Mecánica, Universidad del Noroeste, en Evanston, IL 60208-3111 EE.UU. (e-mail: espinosa@northwestern.edu).
Versiones en color de uno o más de las cifras en este documento están disponibles en línea en http://ieeexplore.ieee.org.

Digital Object Identifier 10.1109/JMEMS.2007.905739

vibración en el interior de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) [2], la inclinación lateralque es inducida por microscopio de fuerza atómica (AFM) sondas [3], y los ensayos de tracción in situexploración elec-tron microscopios de barrido (SEM) [4]. Una deficiencia general de estas técnicas es que no poseen un mecanismo de carga bien controlada la aplicación y no permiten simultánea e independiente carga-deformación mediciones en la nanoescala. Por lo tanto, hay una creciente necesidad...