微纳米硬度测试仪测控系统的研制

摘要

薄膜制造技术是微电子器件和微光电器件的基础，各类薄膜广泛应用于各类微电子机械系统(MEMS——micro-electro-mechanical system)。对薄膜制造工艺、微观组织与力学性能之间关系的深入了解，是预测、改善和充分发挥薄膜材料各种性能、优化MEMS器件设计、提高MEMS器件寿命和可靠性、突破制约产品全生命周期的设计等方面的共性关键支撑技术。在微纳米尺度下，由于薄膜具有尺寸效应和表面效应等，其力学性能与宏观材料有着本质的不同，传统的检测和评定方法已经不再适用。
　　本文针对薄膜制造技术发展和应用需要，研制了用于检测微纳米级表面力学性能的硬度检测系统，并应用此系统进行了微纳米级表层压痕硬度实验研究。
　　研制了一种新型的用于微纳米硬度检测仪的减隔振平台，为开发微纳米表层硬度检测仪器提供技术支持，保证其在工作时的测量精度和可靠性，完成了三维运动工作台结构设计，并将它与减隔振平台有效结合在一起。
　　实现了对微纳米硬度检测系统的三维工作台运动控制，以及加载装置的微动控制与信号检测，为准确地进行硬度检测打下了坚实的基础。
　　基于纳米压痕的理论方法，对以玻璃为基底的铝薄膜进行了纳米压痕硬度实验研究。根据实验数据拟合了铝薄膜的载荷－位移曲线，绘出了铝薄膜在不同载荷下的硬度变化曲线，分析了在不同压痕深度下的硬度变化规律。评定了系统的工作性能，分析了影响系统性能的原因，并给出了解决措施。

目录

微纳米硬度测试仪测控系统的研制

THE DEVELOPMENT OF MICRO ANDNANO HARDNESS MEASUREMENTSYSTEM

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 微纳米硬度检测系统的国内外研究现状

1.3 纳米压痕硬度检测的计算方法

1.4 课题来源及主要研究内容

第2章 系统结构设计

2.1 三维工作台设计

2.2 减隔振装置的设计

2.3 减隔振装置的性能测试与分析

2.4 本章小结

第3章 三维工作台运动控制系统的研究

3.1 Z 向工作台控制

3.2 XY 向工作台的控制

3.3 人机界面的开发

3.4 三维工作台重复性定位实验

3.5 本章小结

第4章 测头的微动控制与信号检测

4.1 测头结构及工作原理

4.2 测头微动控制及信号检测工作原理

4.3 测头参数标定

4.4 本章小结

第5章 微纳米硬度测试仪检测系统的实验研究

5.1 微纳米硬度测控系统的集成

5.2 微纳米硬度检测系统应用实验

5.3 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢