We fabricated the conventional silicon tips coated with a diamond-like carbon (DLC) film. The DLC films are prepared by the filtered cathodic vacuum arc (FCVA) technique. With increasing nitrogen content in DLC film, the work function($\phi$) and the turn-on voltage decrease and the emission current increases. This phenomenon is due to the fact that the Fermi-level moves to the conduction band by increasing nitrogen doping concentration. We have tested on the stability of the DLC film coated silicon tip during 2 hours at 500V.
Nano-wear behavior of amorphous carbon films was studied by Atomic Force Microscopy. The a-C films are deposited on Si(100) substrate by DC magnetron sputtering method. The influences of different surface roughness on the nano-wear are investigated. Nano-wear tests were carried out using a very sharp diamond coated tip. Its spring constant was 1.6 N/m and radius of curvature was 110 nm. Normal force used in the wear tests ranged 0 to 400 nN. It was found that surface depression occurred during scratching because of plastic deformation and abrasive wear (cutting St ploughing). Wear depth increased linearly with normal force. Changing the surface roughness variables according to the bias pulse control, the less surface roughness decreased the wear depth. The thickness did not affect the wear resistance.
We deposited diamond-like carbon (DLC) films using ion beam sputtering of a graphite target on flat substrates for use as a thin film field emitter. An n-type silicon wafer, titanium-coated silicon, and indium tin oxide (ITO) coated glass were used as a substrate. All films exhibited a sudden increase in the emission after a breakdown occurred at high voltage. The morphology of the films after the breakdown depended on the substrate. On ITO and Ti substrates, the DLC film peeled off upon breakdown, but on the Si substrate the surface melting due to breakdown resulted in the formation of various structures such as a sharp point, mound, and crater. By scanning the deformed surface with a tip anode, we found that the emission was concentrated at the deformed sites, indicating that the field enhancement due to the morphology change was responsible for the increased emission.
In nanomachining processes, chemical effects are more dominant factor compared with physical deformation. For example, during the nanoscratch on a silicon surface in the atmosphere, micro protuberances are formed due to the mechanochemical reaction between the diamond tip and the surface. On the contrary, in case of chemically stable materials, such as ceramics or glasse, the surface protuberance are not formed. The purpose of this study is to understand effects of the mechanochemical reaction between tip and surfaces on deformation behaviors of hard-brittle materials. Nanometerscale elasoplastic deformation behavior of single crystal silicon (100) was characterized with the surface protuberance phenomena, and compared with that of borosilicate (Pyrex glass 7740).
Nanomachining process, static nanoplowing, is one of the most promising lithographic technologies in terms of the low cost of operation and variety of workable materials. In nanomachining process, chemical effects are more dominant factor compared with those by physical deformation or fracture. For example, during the nanoscratch on a silicon surface in the atmosphere, micro protuberances are formed due to the mechanochemical reaction between diamond tip and the surfaces. On the contrary, in case of chemically stable materials, such as ceramic or glass, surface protuberances are not formed. The purpose of this study is to understand effects of the mechanochemical reaction between tip and surfaces on deformation behaviors of hard-brittle materials. Nanometerscale elasoplastic deformation behavior of single crystal silicon (100) was characterized with micro protuberance phenomena, and compared with that of borosilicate (Pyrex glass 7740). In addition, effects of the silicon protuberances on nanoscratch test results were discussed.
In this study, to achieve the optimal conditions for mechanical hyper-fine pattern fabrication process, deformation behavior of the materials during indentation scratch test was studied with numerical method by ABAQUS S/W. Brittle materials (Si, Pyrex glass 7740) were used as specimens, and forming conditions to reduce the elastic recovery and pile-up were proposed. The indenter was modeled as a rigid surface. Minimum mesh sizes of specimens are 1-l0nm. Variables of the nanoindentation scratch test analysis are scratching speed, scratching load, tip radius and tip geometry. The nano-indentation scratch tests were performed by using the Berkovich pyramidal diamond indenter. Comparison between the experimental data and numerical result demonstrated that the FEM approach can be a good model of the nanoindentation scratch test. The result of the investigation will be applied to the fabrication of the hyper-fine pattern.
The objective of this work is to suggest a mastless pattern fabrication technique using the combination of machining by Nanoindenter(equation omitted) XP and HF wet etching. Sample line patterns were machined on a borosilicate surface by constant load scratch (CLS) of the Nanoindenter(equation omitted) XP with a Berkovich diamond tip, and they were etched in HF solution to investigate chemical characteristics of the machined borosilicate surface. All morphological data of scratch traces were scanned using atomic force microscope (AFM).
Recently, it has been reported that frictional behavior at nanometer scale can be different from that at macro scale. In this article, friction and wear tests were conducted using an AFM to investigate the effect of real contact area on the coefficient of friction and wear property. SiO$_2$, Hica, and SiGe were used in friction test and the AFM tip was Si$_3$N$_4$. The real contact area between an AFM tip and flat surface was calculated by the Johnson-Kendall-Roberts (JKR) theory. Wear specimen was Mica, and the diamond tip was used. We found that the coefficient of friction is constant below a critical area, but it is degraded over the area. Moreover, it is found that wear depth increased rapidly from a certain load and was degraded as a function of the number of the scanning cycles. Also, the range of scanning velocity used in this study had little effect on the wear depth.
The purpose of this study is to observe the morphological changes of prepared dentin surfaces by 5 dentin conditioning agents. Freshly extracted 48 healthy human molars were used in this study. The teeth were stored at $4^{\circ}C$ physiologic saline solution befor experiment. The teeth were cross-sectioned to expose dentin below 3.0mm at the cusp tip and above 2.0mm at the cemento-enamel junction with Crystal Cutter (MC411 D, Maruto Co., Japan). The specimens were then divided into 12 groups. The sectioned dentin surfaces in group 1, 3, 5, 7, 9, and 11 were prepared with No. 301 diamond point under air-water spray and those in group 2, 4, 6, 8, 10, and 12 were prepared with No. 700 carbide bur. The prepared dentin surfaces were conditioned with Nitric acid, Citric acid, Poly acrylic acid, EDTA, and Phosphoric acid. All the specimens were gold-coated with Eiko ion coater (Eiko-engineering Co.) and observed in Hitachi S-2300 Scanning electron microscope at 20 KV. The following results from this study were obtained; 1. The dentinal smear layers prepared with diamond point were compacted than those prepared with the carbide bur. 2. The dentinal smear layers prepared with diamond point or carbide bur were thick but after treatment of dentin conditioning agents smear layers were removed almost. 3. Irrespective of the uses of the diamond point or the carbide bur the morphological changes of dentin surfaces treated with the same conditioning agents were similar. 4. Treatment of nitric acid and EDTA was a little effect in removing dentinal smear layer. 5. Treatment of citric acid and phosphoric acid removed the smear layer very effectively and showed dissolution of peritubular dentin and opening of dentinal tubules.
이온빔 스퍼터링 방법으로 n-type si 기판에 고팅된, 수소를 함유하지 않은 다이아몬드성 카본 필름의 전계 방출 특성을 조사하였다. 필름의 구조나 두께에 관계없이 전계 방출 전류는 양극과 시편의 표면사이에서 발생하는 electrical breakdown에 의해 현저히 증가하였으며, 이때의 effective work function은 약 0.1eV의 작은 값을 가지고 있었다. 텅스텐 tip을 이용하여 breakdown에 의해 발생한 시편표면의 손상수위 근처를 scanning 하면서 전계 방출 전류를 측정하여, 전계 방출이 일어나는 정확한 위치를 확인하였다. 전계 방출은 breakdown에 의해 발생한 표면 손상 부위의 모든 곳에서 균일하게 일어나는 것이 아니라 특정 부위에서 집중적으로 관찰되었다. Auger electron spectroscopy와 SEM을 이용한 분석을 통해 손상 부위 중 Si과 C의 화합물이 형성된 곳에서만 절계 방출이 일어나고 있음을 알 수 있었으며, 손상부위의 형상변화는 전계 방출의 충분조건이 아니었다. 본 연구의 결과는 breakdown에 의한 전기 방출 전류의 증가는 시편 표면의 형상 변화에 의한 전계증진의 효과보다는 표면에서 발생하는 화학적 결합의 변화에 기인하고 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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