本發(fā)明屬于無機材料領(lǐng)域,具體包括硬質(zhì)陶瓷材料,以及加工陶瓷微納米部件的方法,適用于面向半導(dǎo)體領(lǐng)域的陶瓷微納米器件的精細(xì)制備加工與開發(fā)應(yīng)用。
背景技術(shù):
1、alon陶瓷材料以其優(yōu)異的機械強度、抗氧化性、抗熱沖擊性成為了等離子刻蝕領(lǐng)域的新型候選材料。同時其兼具優(yōu)良的力學(xué)性能和光學(xué)透明性,在微/納機電系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。但是由于陶瓷材料的脆性問題,導(dǎo)致其服役可靠性低。因此,陶瓷材料微納性能及其在各種外力條件下的服役特性研究,一直是陶瓷材料研究的熱點,也是難度最大、最具挑戰(zhàn)性的課題之一。
2、目前,陶瓷微納米器件的主要制備方法為聚焦離子束加工。聚焦離子束是利用一定能量的ga+離子束進行樣品加工的方法,通過電磁透鏡對離子束聚焦從而確定加工精度,通過偏轉(zhuǎn)線圈可以對多種圖案進行加工,具有極高的加工精度和靈活性。但對于陶瓷材料,其硬度較高,故依托g(shù)a+離子束切割來完成陶瓷微納部件的加工效率極低。因此,為了準(zhǔn)確和高效的制備陶瓷材料微納器件迫切地需要尋找一種新型高效制備手段,實現(xiàn)在滿足加工精度的前提下,高效率完成陶瓷材料微納器件加工的任務(wù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有離子束技術(shù)存在的短板,本發(fā)明的目的在于提供一種高效加工陶瓷微納米部件的新型制備方法,該方法具有效率高,耗時短、精度高,自定義樣品形貌等特點,可以用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其適用于陶瓷材料的原位納米力學(xué)測試樣品的制備。
2、本申請采用如下技術(shù)方法:
3、一種高效加工陶瓷材料微納部件的辦法,包括如下步驟:
4、(1)選取一塊陶瓷材料樣品;
5、(2)在所述陶瓷材料樣品上選取一目標(biāo)區(qū)域,并在所述目標(biāo)區(qū)域沉積pt;
6、(3)去除所述目標(biāo)區(qū)域的長度方向上的兩側(cè)的陶瓷材料,形成凸起部;
7、(4)去除所述凸起部的底部,使所述凸起部懸空以形成測試梁,所述陶瓷材料樣品的其余部分形成基座,所述測試梁的長度方向上的兩側(cè)形成連接部,所述測試梁通過連接部連接于所述基座。
8、可選地,還包括如下步驟:
9、去除與所述測試梁連接的一側(cè)的連接部,使所述測試梁的單邊懸空。
10、可選地,還包括如下步驟:在所述形成凸起部的步驟之后,還包括:
11、將獲得的所述凸起部的周圍區(qū)域清理至平整。
12、可選地,在所述去除陶瓷材料的各個步驟中,通過旋轉(zhuǎn)樣品臺來獲得所需的樣品朝向。
13、可選地,在所述去除所述目標(biāo)區(qū)域的長度方向上的兩側(cè)的陶瓷材料,形成凸起部的步驟中,采用功率為2-5w的激光轟擊所述目標(biāo)區(qū)域的長度方向上的兩側(cè)的陶瓷材料:
14、在所述將獲得的所述凸起部的周圍區(qū)域清理至平整的步驟,以及去除所述凸起部的底部,使所述凸起部懸空以形成測試梁的步驟中,利用離子束來去除材料。
15、可選地,所述離子束為ga+離子束;
16、在所述形成測試梁的步驟中,通過反復(fù)去除所述測試梁的外表面材料來使所述測試梁接近所需的尺寸。
17、可選地,在所述離子束來去除材料的步驟中,
18、所述離子束的電壓為30kv,離子束電流在1.5na~100na。
19、本申請的另一方面還公開了一種陶瓷材料微納部件的測試樣品,可采用以上方法來實現(xiàn),其包括:成型于同一陶瓷材料上的測試梁、基座和連接部;
20、所述測試梁通過所述連接部支撐在所述基座上,所述連接部連接于所述測試梁的至少一端。
21、可選地,所述測試梁為長條形,所述測試梁的長度在12~35μm范圍內(nèi),寬度在0.5~1.5μm范圍內(nèi),與所述基座的距離在0.5~1.5μm范圍內(nèi)。
22、本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下:
23、借助步驟(2)對大晶粒尺寸硬質(zhì)陶瓷的ebsd定向,可以實現(xiàn)從多晶樣品中制備完整單晶樣品。
24、借助步驟(4)中飛秒激光系統(tǒng),通過對加工參數(shù)的合理選擇,可以比只使用ga+加工提高近5倍的加工效率,實現(xiàn)加工速度快,精度高的器件制備。本發(fā)明的方法適用于硬質(zhì)陶瓷樣品單晶與多晶微納器件的加工,配合激光-聚焦離子束系統(tǒng),所制備的器件尺寸偏差不大于7%,速度提升大。
1.一種陶瓷材料微納部件的測試樣品,其特征在于,包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的測試樣品,其特征在于,所述測試梁為長條形,所述測試梁的長度在12~35μm范圍內(nèi),寬度在0.5~1.5μm范圍內(nèi),與所述基座的距離在0.5~1.5μm范圍內(nèi)。
3.一種陶瓷材料微納部件的測試樣品的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法,其特征在于,還包括如下步驟:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法,其特征在于,還包括如下步驟:在所述形成凸起部的步驟之后,還包括:
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法,其特征在于,在去除陶瓷材料的各個步驟中,通過旋轉(zhuǎn)樣品臺來獲得所需的樣品朝向。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,在所述去除所述目標(biāo)區(qū)域的長度方向上的兩側(cè)的陶瓷材料,形成凸起部的步驟中,采用功率為2-5w的激光轟擊所述目標(biāo)區(qū)域的長度方向上的兩側(cè)的陶瓷材料:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述離子束為ga+離子束;
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法,其特征在于,在所述離子束來去除材料的步驟中,
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任意一項所述的制備方法,其特征在于,