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1、KLA-Tencor-科磊半导体 第五代原位纳米力学测试系统 世界上测试速度最快的 微纳米力学测试平台 KLA-Tencor|原位纳米力学测试系统 2 公司背景-Global Leader in Process Control since 1976 KLA-Tencor 是全球半导体在线检测设备市场最大的供应商； KLA-Tencor2018 年 3 月从 Keysight Technologies 公司收购了行业的龙头产品-高精度原位微纳米力学 测试系统-Nano Indenter G200 和高精度微纳米拉伸系统-UTM T150； 该力学设备的工厂是全球最大的高精度力学测试系统的供应商，
2、1983 年成功制造了世界上第一台商用 Nano Indenter。 该力学设备的工厂是业内唯一拥有超过 35 年的 Nano Indenter 生产和研究经验的供应商，成熟的工艺 保证了新一代 Nano Indenter G200 具有最好的稳定性和可靠性。 该力学设备的工厂拥有最广泛的顾客群，在高端力学测试系统领域内拥有最高的的市场占有率。 1 产品技术水平 KLA-Tencor 公司拥有最多的 Nano Indenter 的核心专利技术，包括已成为业界标准的连续刚度测量功 能、接触刚度成像功能以及快速纳米压入测试技术等等； KLA-Tencor 公司的连续刚度测量功能已经成为薄膜、涂层、
3、多相材料等样品检测最常用的的测试技 术，并已经录入各种力学领域的国际标准和中国国家标准内。 KLA-Tencor 拥有世界上最快压痕测试技术的专利，最快可达到 1 压痕点/秒。 2 售后服务和技术支持 KLA-Tencor 公司在中国有超过 600 名员工，在国内配备本土 Nano Indenter 方面的技术专家，在业内 拥有最好的口碑。 KLA-Tencor 公司在中国拥有自己的纳米科学示范实验室，并有专职的应用专家在实验室工作，负责用 户的应用技术支持工作； KLA-Tencor 公司还定期地举办高级用户培训班，由公司的应用科学家为不同学科的用户进行各个领域应 用的深层次培训。 KLA-
4、Tencor|原位纳米力学测试系统 3 特点和优势 广受赞誉的高速测试选项可以 和所有G200 型纳米压痕仪配合 使用, 包括DCMII 和 XP 模块以及 样品台 快速进行面积函数和框架刚度 校对 精确和可重复的结果, 完全符合 ISO14577 标准 通过电磁驱动, 可在无与伦比的 范围内连续调整加载力和位移 结构优化, 适合传统测试或全新 应用 模块化选项, 适合划痕测试, 高 温测试 和动态测试 强大的软件功能, 包括对试验进 行实时控制, 简化了的特殊测试 方法的开发 第五代原位纳米力学测试系统 Nano Indenter G200 在微/纳尺度范围内的加载和位移构成精确的力学测试
5、应用 半导体器件, 薄膜 硬质涂层, DLC薄膜 复合材料, 光纤, 聚合物材料 金属材料, 陶瓷材料 无铅焊料 生物材料, 生物及仿生组织等等 先进的设计 所有的纳米压痕试验都取决于精确的加载和位移数据，要求对加载到样品上的 载荷有精确的控制。KT最新的第五代 G200 型纳米压痕仪采用电磁驱动的载荷 装置，从而保证测量的精确度，独特的设计避免了横向位移的影响。 KT最新的第五代 G200 型纳米压痕仪的杰出设计带来很多的便利性，包括方便 的测试到整个样品台，精确的样品定位，方便的确定样品位置和测试区域，简 便的样品高度调整，以及快速的测试报告输出。模块化的控制器设计为今后的 升级带来极大的
6、方便。 此外，最新的第五代 G200 型纳米压痕仪完全符合各种国际标准，保证了数据的 完整性。客户可以通过每个力学传感器自主设计试验，在任何时候对其进行切 换，同时整个设备占地面积小，适合各种实验室环境。 2017年获得联合国教科文组织颁奖的纳米科技领域的创新技 KLA-Tencor|原位纳米力学测试系统 4 NanoSuite的特点和优势 极其灵活、精确的数据采集 和控制 不断更新的测试方法 最新的批处理测试功能 新型的 2D 图形输出功能 测试数据更有效的分析功能 PDF 测试数据的直接输出 优越的自我定制测试模型的 建立 非常方便的个性化测试方法 的建立 功能齐全完善的图像处理功 能 用
7、户可轻松的编辑自己的测 试方法以满足特殊的应用与 需求 定制化的测试方法同样可满 足 ISO14577 国际标准 提供专业的建模和仿真软件, 帮助用户实现特殊的离线研 究需要 KLA-Tencor技术顾问服务 KT拥有一支经验丰富的技术支持和服务工程师团队，可针对客户的 特殊应用与测试需求提供定制化的技术顾问服务。 经过超过 35 年的发展，NanoSuite 已经成为业内公认的界面友好、操作简 便、功能齐全的数据采集和处理软件包，NanoSuite 不仅可以自动测试，也 可以使用户利用网络远程遥控进行实验控制，NanoSuite 不仅能够做到压入 过程中硬度和弹性模量等力学性能的实时计算和显
8、示，同时允许用户根据自 己的研究需求以及提出的新模型随时添加新的软件通道，此外，根据实验参 量的变化快慢能够自动调整数据的采集速率，实现了智能化的数据采集功 能，从而既获得您真正需要的数据，又可避免不必要的垃圾数据。 KLA-Tencor|原位纳米力学测试系统 5 增强的载荷加载系统 新一代 Nano Indenter G200 系列纳米压痕仪是具有从纳牛到牛顿最为完整 的加载力范围，并且不同的加载装置可自动软件切换，整个测试流程都是全 自动的，极大的提高了测试数据的可靠性和可重复性，避免了可能的人为因 素的影响，确保每个测试都是合理、一致、精确。 标准的加载装置 Nano Indenter
9、G200 纳米压痕仪标准配置是 XP 加载系统 (最大为500mN)， 位移分辨率 500 微米,该装置可应用到所有的测 试功能。压头更换轻松完成，非常好的机架刚度极大的减少了系统对测试的 影响。 高精度加载装置 DCM II 是高分辨的纳米纳牛力加载模块，它既可以单独工作，也可以作为一 个附件与Nano Indenter G200 协同工作。由于其惯性质量很低，使得纳米压 痕中的初始表面的选取更加灵敏、精确， DCM II 在超低载荷下的纳米压痕测 试具有极高的精确度和可重复性，由于它自身的空载共振频率远高于一般建 筑物的振动频率，这就使得一般的环境振动对它几乎没有影响，DCM II 具有
10、很宽的动态频率范围 (0.1 Hz 到 300 Hz)，所有这些特点使得 DCM II 可以提供 同类设备不可比拟的高信噪比和高可靠性的试验数据，例如右图所示的蓝宝 石上三个纳米深度的压痕测试，在几个纳米的压痕深度范围内获得了非常可 靠的弹性模量。 大载荷加载装置 Nano Indenter G200的大载荷加载选件，大大强化了 G200 系列纳米压痕仪 的应用范围。这个选件可以用于标准的 XP 加载模块，将 G200 型纳米压痕仪 的加载能力扩展至 10N，可对陶瓷、金属块材和复合材料进行力学表征。 大载荷选件的巧妙设计，使得 G200 既避免了在低载荷的情况下牺牲仪器的 载荷和位移精度，同
11、时又保证了用户在需要大加载力的测试时，通过鼠标操 作就可以在测试实验中进行无缝加载装置切换。 KLA-Tencor|原位纳米力学测试系统 6 增强的纳米划痕测试 最新的第五代 G200 型纳米压痕仪测试系统，可以轻松地解决过去人们一直 认为划痕测试无法给出定量的、可靠的并且可重复的测试结果这一难题，而 且可以定量地研究过去无法获得的表面划痕的特性行为。利用垂直于划痕方 向的断面扫描可以获得划痕深度、划痕宽度以及凸起高度。利用该测试方 法，还可以研究划痕损伤后的粘弹性恢复以及时效。 主要划痕特征包括: 划痕头的几何形状完全一致 测量过程全自动 能在多个试样设置多次划痕测试 可在不平整的表面进行划
12、痕测试 定量测试表面形貌和粗糙度 定量测量划痕测试中的弹性形变和塑形形变百分比 更强化的微摩擦磨损测试功能 在机电体系中，轴承失效是很严重的问题，制造商使用复杂且耗时的耐力试 验来评估其寿命长短。但是，也存在对全新的材料进行快速评估的需求。在 这项工作中，我们使用纳米压痕和纳米划痕测试来评估轴承材料，替代之前 的声波传播分析。纳米划痕测试造成的磨损区域的截面与声波传播分析的结 果相对应。轴承钢有着最小的磨损区域，接着是 PEEK 和 PTFE 复合材料。因 此，我们得出以下结论，纳米划痕测试可以快速的对轴承材料进行评估。此 外，纳米划痕测试对材料的变形机制有进一步的分析，这是声波传播分析所 不
13、能得到的。在这项工作中，下面的磨损图揭示出，轴承钢是被裂纹碎片所 破坏的，然而 PEEK 的破坏没有裂纹碎片的参与。 左图给出了智能手机面板的摩擦磨损测试, 初始的 26 次摩擦磨损获得的摩擦系数大约为0.2, 磨损到 底 27 次时发现摩擦系数突然增大, 随后的摩擦磨损测试的摩擦系数都在 0.7 左右, 这就表明表面的功能 涂层经过一定载荷下摩擦磨损 27 次后被破坏了, 最后较大阿德摩擦系数实质代表的基底材料的性能。 KLA-Tencor|原位纳米力学测试系统 7 粘弹性材料性能测量功能DMA 功能 基于G200传感器的敏感度和动态特性，可对粘弹性材料进行宽频谱测试。 小质量的压杆和压头/
14、驱动传感器以及低阻尼，保证G200可在较大频率范围 内进行测试 (最高至 300 Hz)。很高的空间分辨率有可能将不同位置的力学 性能形成 Mapping。KT的Nano Indenter G200系列通过专门开发的传感器 技术和动态测试模块，将纳米力学测试能力扩展到聚合物材料和生物材料。 增强的恒应变速率测试功能 由于大部分材料的强度都是应变速率的函数，因此在力学测试过程中应变速 率的控制极为重要。作为流变强度的反映，硬度也不例外。 压痕测试的应变速率定义为压痕深度的瞬态变化率除以压痕深度 (dh/dt)/h)，恒载荷速率 (dP/dt=k) 或恒位移速率 (dh/dt=k) 都不能保持恒定
15、 的应变速率。恰恰相反，上述两种加载方法的应变速率随着压痕深度的增加 逐渐变小，因此这两种加载技术都会给出近表面处较高的硬度 (假设材料是 均匀)，这是由于实验方法所导致的。 KT的Nano Indenter G200系列最新的第五代 产品可以在一个压入过程中自 动改变多个不同的应变速率，从而获得不同应变速率下的硬度，轻松获得材 料的应变速率敏感因子 (m)，该功能已被成功应用到纳米材料，大块非晶玻 璃等新材料的研究中。 KT的Nano Indenter G200系列最新的第五代 产品利用恒应变速率加载过程 中的硬度测量彻底排除了这种人为因素，很好的保证了所测数据的可靠性和 可对比性。 独有的连续刚度测量功能 传统的准静态纳米压痕测试 (单一刚度法) 是利用卸载曲线获得接触刚度，每 个压痕循环只能获得最大压痕深度处的一个硬度和模量。KT的Nano Indenter G200系列最新的第五代 产品 独有的连续刚度测量功能则可以直 接获得压入过程中采集的每组载荷和位移数据对应压入深度的接触刚度、进 而计算出硬度与弹性模量等力学性能作为压入深度的连续
