《MEMS中的納米三體磨料磨損》是依託西安交通大學，由方亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：MEMS中的納米三體磨料磨損
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：方亮
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對限制未來MEMS器件發展的困難，提煉和解決含滑動/旋轉部件的MEMS器件磨損失效的關鍵科學問題：納米三體磨料磨損。建立納米三體磨料磨損的實驗研究方法和計算機模擬技術，研究納米三體磨料磨損的特徵和機理，探索降低納米三體磨料磨損的技術手段，為解決MEMS中三體磨料磨損所致失效的問題提供先期的理論基礎。主要研究：(1)納米磨料的運動方式及影響因素；(2)單晶/多晶矽納米三體磨料磨損的磨損規律、摩擦法則；(3)納米三體磨料磨損所致單晶/多晶矽的相變及其對磨料運動方式的依賴；(4)矽相變對納米三體磨料磨損過程、磨損規律、表面損傷及材料去除方式的影響；（5）磨料幾何尺寸及性能、載入條件、表面狀態對納米磨料磨損的影響規律。在此基礎上探索降低納米三體磨料磨損的方法；並對比申請人在巨觀三體磨料磨損的前期工作，揭示三體磨料磨損的尺度依賴性，完善磨料磨損理論，促進含滑動/部件的MEMS器件的實用化、市場化。
結題摘要
微機電系統 （MEMS）以其體積小、重量輕、能耗低、智慧型化和集成化高等優點在航空航天、汽車工業、精密機械等領域得到了廣泛的套用。三體磨料磨損是 MEMS 器件磨損失效的主要方式，直接影響著 MEMS 的壽命和可靠性。針對納米三體磨料磨損問題，開展了四個方面的研究：(1)單晶矽的磨料磨損行為，橢球磨料的運動方式隨正向載荷和磨料軸比的變化而發生滾滑轉變，相比於磨料的滾動，其滑動運動方式會引起單晶矽基體更大的損傷及永久性相變；(2)二氧化矽膜磨損行為，單晶矽的整體機械性能隨著二氧化矽膜厚度的變化而不同，納米壓痕過程中SiO4四面體的旋轉和變形促使二氧化矽薄膜沿著壓痕方向壓實、減薄甚至破裂，CMP過程中二氧化矽膜越厚，去除效率越高、表面質量越好；(3)單晶銅的磨損行為，納米壓痕過程中載入速率及載入方式均會影響基體的塑性變形行為，保壓過程中單晶體出現蠕變現象，殘餘應力的存在引起單晶銅塑性變形發生改變；（4）水潤滑下單晶銅的磨料磨損行為，水膜的存在導致單晶銅在納米壓痕過程中的塑性變形增加，磨料運動過程中水膜起到了明顯的減磨作用並降低了基體內部的缺陷形成。在此基礎上探索降低納米三體磨料磨損的方法，揭示了三體磨料磨損的尺度依賴性，完善了磨料磨損理論，為解決MEMS中三體磨料磨損所致失效的問題提供了先期的理論基礎，促進MEMS器件的實用化、市場化。
