[發(fā)明專利]一種微納米尺度散斑的制作方法

有效

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• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101832759A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝惠民;李艷杰;王懷喜;朱建國
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;B82B1/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微納米尺度散斑的制作方法，屬于光測力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著微加工技術(shù)的不斷進步，器件尺寸越來越小，MEMS系統(tǒng)等微小器件的變形測量需要發(fā)展微納米力學(xué)實驗方法。數(shù)字散斑相關(guān)方法具有非接觸、全場測量和靈敏度高等優(yōu)點，與高分辨率設(shè)備相結(jié)合可以進行微納米尺度的變形測量，但是要求試件表面必須具有清晰可辨的微納米散斑圖案。

目前常用的散斑制作方法多為人工制斑方法，如噴漆法，這種方法得到的散斑顆粒較大，可以通過肉眼識別，僅適用于宏觀試件的宏觀變形測量，無法滿足宏觀試件微觀變形測量和微觀試件(如MEMS)的變形測量要求。S?A?Collette等(S?A?Collette，M?A?Sutton，P?Miney等，Nanotechnology?15(2004)1812-1817)發(fā)展了一種可用于納米級應(yīng)變測量的散斑制作方法，首先將金膜涂在多孔氧化鋁板表面，然后將該板壓入聚合物試件中，將氧化鋁板溶解從而使得金膜遺留在試件表面，但是這種方法僅適用于可以軟化的聚合物材料，適用范圍較小，而且難以控制散斑的尺寸。W.A.Scrivens等(W.A.Scrivens?&?Y.Luo?&?M.A.Sutton等，ExperimentalMechanics(2007)47：63-77)等發(fā)展了兩種可用于微納米量級應(yīng)變測量的散斑制作方法，一種是化學(xué)氣相沉積方法制作納米級散斑，另一種是紫外線光刻方法制作微米級散斑，這兩種方法都屬于化學(xué)方法，前者需要鍍膜和加溫，后者需要掩模板及鍍膜、甩膠、曝光、顯影、定影等步驟，且兩者都不易定量調(diào)節(jié)散斑的尺寸。專利200810101918.X提出利用電子束曝光制作高溫微米尺度散斑的方法，該方法包括鍍膜、甩膠、曝光、顯影、定影等步驟，雖然可以控制散斑的尺寸和面積，但制作過程較為繁冗復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在聚焦離子束這一成熟商品儀器環(huán)境下，直接在試件表面制作微納米尺度散斑的方法。該方法無需掩模板和光刻膠，無溫度要求，在常溫下即可進行，操作簡單，可以在試件表面制作出可變大小和可變面積的散斑，適用于不同材料的微納觀變形行為的研究。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1.一種制作微納米尺度散斑的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)利用計算機軟件生成多幅顆粒大小和數(shù)目各不相同的模擬散斑圖，根據(jù)圖像子區(qū)灰度梯度平方和選擇出最佳模擬圖，將該散斑圖轉(zhuǎn)化為二值圖；

2)進行標定實驗：將標定試件平放在聚焦離子束系統(tǒng)的載物臺上，選定某一放大倍數(shù)，預(yù)設(shè)置束流強度和刻蝕時間，根據(jù)得到的二值圖對標定試件表面進行刻蝕，觀察該散斑圖案是否清晰，如果不清晰則調(diào)整束流強度和刻蝕時間，直至觀察到清晰的圖案結(jié)構(gòu)為止，記錄選定放大倍數(shù)下的束流強度、刻蝕時間和視場面積；多次調(diào)整放大倍數(shù)，得到放大倍數(shù)與束流強度、放大倍數(shù)與刻蝕時間以及放大倍數(shù)與視場面積的標定關(guān)系曲線；

3)根據(jù)被測試件的實際測量面積以及放大倍數(shù)與視場面積的標定關(guān)系曲線，計算被測試件刻蝕散斑所需的放大倍數(shù)，然后根據(jù)所需的放大倍數(shù)得到束流強度和刻蝕時間；

4)將被測試件平放在聚焦離子束系統(tǒng)的載物臺上，根據(jù)步驟3)計算得到的被測試件刻蝕散斑所需的放大倍數(shù)、束流強度和刻蝕時間，調(diào)整好聚焦離子束系統(tǒng)，根據(jù)步驟1)中得到的二值圖進行刻蝕，最終在被測試件表面得到所需尺寸的散斑結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的被測試件采用硅片、玻璃、金屬、半導(dǎo)體或聚合物材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：散斑的制作過程在聚焦離子束系統(tǒng)這一成熟商品儀器中完成；制作散斑的工藝相對簡單靈活，無需掩模板和光刻膠，無溫度要求；散斑大小可變、面積可變，為數(shù)字圖像相關(guān)方法用于微納米變形測量提供了前提。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的操作流程圖。

圖2模擬散斑圖。

圖3為經(jīng)二值化處理的散斑圖。

圖4放大倍數(shù)與視場邊長關(guān)系曲線。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。