Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi è incentrato sullo studio di adesione e attrito su superfici di silicio nano-patternate tramite AFM (Atomic Force Microscopy). Tali pattern sono state fabbricati tramite il FIB (Focused Ion Beam), servendosi di una dose ionica calibrata in modo tale da dar luogo al fenomeno dello swelling. I pattern constano di “rigonfiamenti” paralleli (protrusioni mono-dimensionali) a passo diverso (125, 250, 500 e 1000 nm). Test di attrito e adesione sono stati realizzati con un AFM operante in friction-detection mode e che sfrutta una punta di silicio modificata. Questa punta è stata opportunamente arrotondata al FIB per incrementare l’area di contatto, e quindi la sua sensibilità all’effetto integrato dei pattern. Per limitare la variabilità del contatto punta-superficie, sia i test di attrito che quelli adesione sono stati effettuati quasi simultaneamente sia sui pattern che sulla superficie non modificata, quest’ultima presa come riferimento. I risultati ottenuti in condizioni ambientali standard dimostrano chiaramente che l’effetto del pattern è quello di diminuire sia il coefficiente di attrito che la forza di adesione rispetto alla superficie non trattata, un effetto maggiormente evidente per i pattern a passo più stretto (125, 250 e 500 nm). Inoltre, questo effetto sembra dipendere solo dall’area di contatto. I risultati riguardanti misure effettuate in vuoto (ambiente privo di umidità) non mostrano alcuna differenza rispetto a quelli ottenuti in aria, e ciò significa che non vi è alcun effetto dei pattern sulla formazione del capillare d’acqua.
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Abstract
This work of thesis deals with a study of adhesion and friction of nano-patterned silicon surfaces by means of AFM (Atomic Force Microscopy). Such patterns have been fabricated by means of FIB (Focused Ion Beam), exploiting a well calibrated ion dose to give rise to the swelling phenomenon. The patterns consist of parallel “reversed grooves”(one dimensional straight protrusions) with different pitches (125, 250, 500 and 1000 nm).
Friction and adhesion tests have been performed by means of AFM working in friction-detection mode, using a home-made Si tip. This special tip was opportunely rounded by FIB in order to increase the contact area, and so its sensitivity to the integrated effect of the patterns.
To limit the tip-sample contact variability, both friction and adhesion tests have been performed almost simultaneously on the patterns and on the unpatterned regions, the last one assumed as a reference ; Results attained in ambient conditions clearly demonstrate that the effect of the patterns is to lower both the coefficient of friction and the adhesion with respect to the flat surface, an effect more prominent for smaller pitches (125, 250 and 500 nm). Further, this effect seems to depend only on the contact area. Results concerning measurements performed in vacuum conditions (humidity-free ambient) show no differences from those attained in air conditions, meaning no effect of these patterns on water capillary formation.
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