Nano Indenter® G200X纳米压痕仪

Nano Indenter® G200X

Nano Indenter G200X是一种易于使用的纳米级力学测试工具,可快速提供精确的定量分析结果。G200X系统可处理从硬质涂层到软质聚合物的各种样品,并提供KLA Instruments纳米压痕仪产品线中最全面的测试套件。

 

Nano Indenter G200X提供了易于使用的纳米级力学测试工具,并快速、精确地对结果进行定量分析。G200X系统配置了我们性能最好的运动系统、最大的样品装载系统和高分辨率光学显微镜。因为拥有InView软件、InQuest控制器和InForce作动器,我们的整个压痕产品线均拥有卓越的性能。G200X系统选件包括连续刚度测量(CSM)、扫描探针显微成像、划痕测试、频率扫描、电学性能测量、快速压痕测试和冲击测试。

特征

InForce 1000作动器采用电容式位移传感和电磁力驱动,且压头易于更换

InForce 50作动器选件,提供最大50mN的法向力,可用于测量较软的材料;Gemini 2D作动器选件,可实现两个方向的动态测量独特的压头校准系统,集成在软件中,可实现快速、准确的压头校准

InQuest高速控制器电路,数据采集速率可达100kHz,时间常数最快为20µs

XY运动系统以及易于安装的磁性样品台

高刚度框架,且集成隔振功能

集成显微镜,数字变焦,可实现精确的压痕定位

符合ISO 14577等标准的测试方法

InView软件包,包含RunTest、ReviewData、InFocus、InView University在线培训和InView移动应用程序


 


工业

大学、科研实验室和研究所

半导体与封装产业

PVD/CVD 硬质涂层(DLC、TiN)

MEMS:微机电系统/万能纳米力学试验

陶瓷与玻璃

金属与合金

制药

涂层 涂料

复合材料

电池与储能

汽车与航空航天

 

 

 

 

 

 

应用

快速硬度和模量测量(基于Oliver-Pharr模型)

快速材料表面力学特性成像

ISO 14577硬度测试

薄膜及涂层测试

界面附着力测量

断裂韧性测量

粘弹性测量,包括损耗因子,储存模量和损耗模量

扫描探针显微成像(3D 成像)

定量划痕和摩擦磨损测试

高温纳米压痕测试

I-V测试

 

 

连续刚度测量(CSM)

连续刚度测量用于量化测定动态材料特性,例如应变速率效应和频率相关特性。CSM技术在压痕过程中控制压头振荡,以测量样品性能随深度、荷载、时间或频率的变化。该选项默认进行恒应变速率测试,测量硬度和模量随深度或载荷的变化,这是学术界和工业界最常用的测试方法。CSM 还可用于其它高级测试选项,包括 ProbeDMA™ 选项以测量存储模量和损耗模量,以及AccuFilm™选项以获得不受衬底影响的薄膜性能。CSM 功能集成在 InQuest 控制器和 InView 软件中,使用极为简便,且确保数据质量。

 

InForce 50作动器

InForce 50作动器可以施加最高50mN的力以进行纳米力学测试。KLA专利的电磁力加载技术,确保测量的可靠性以及加载力与位移的长期稳定性。行业领先的机械设计,确保作动器简谐运动仅有单一方向自由度,从而使加载力和位移仅发生在该方向。InForce 50作动器与CSM、NanoBlitz、ProbeDMA、生物材料、样品加热、划痕、磨损和 ISO 14577等测试选项兼容。InForce和Gemini全系列作动器均使用统一规格的压头。

InForce 1000作动器

InForce 1000作动器采用高达1000mN的压痕载荷进行纳米压痕测试。获得专利的电磁力驱动技术可确保测量的可靠性和载荷与位移的长期稳定性。行业领先的机械设计可确保单一方向自由度的简谐运动,从而沿单轴方向控制加载力和位移。整个InForce系列作动器的压头均可互换。InForce 1000作动器与CSM、NanoBlitz、样品加热、划痕、磨损和ISO 14577等测试选件兼容。

G200X 半导体行业功能包

G200X半导体行业功能包是一个完整丰富的测试包,用于帮助用户提高良率,减少半导体或化合物半导体薄膜潜在的缺陷。该功能包包含一个四点调平的样品吸盘,AccuFilm™️️ Ultra 方法包,附着力方法包,薄膜划痕方法包,分析型扫描探针显微镜,以及用于测试、图像采集及轮廓表征的自动测量程序。

300°C 样品加热

300°C 样品加热选项使用准密闭腔室装载样品,均匀加热的同时进行力学测试,InForce 1000或InForce 50作动器均可使用。该选项包括高精度温度控制系统、惰性气体保护系统以减少氧化、冷却系统以移除余热。ProbeDMA、AccuFilm、NanoBlitz和CSM功能均与样品加热选项兼容。

NanoBlitz 3D

NanoBlitz 3D可以采用InForce 50/InForce1000作动器和玻式压头,获得杨氏模量较高 (>3GPa)的材料的纳米力学特性3D图。NanoBlitz 3D每个压痕时间小于1s,单次测试可包含多达100,000个压痕点(300×300阵列),获得每个压痕点在特定载荷下的杨氏模量(E)、硬度(H)和接触刚度(S)。大量的测试数据能够提高统计的准确性。统计直方图可以呈现样品中的多个物相或材料组分。NanoBlitz 3D方法包还包含可视化软件和数据处理功能。

NanoBlitz 4D

NanoBlitz 4D可以采用InForce 50/InForce1000作动器和玻式压头,获得较低杨氏模量/硬度以及较高杨氏模量 (>3GPa)的材料的纳米力学特性4D图。NanoBlitz 4D每个压痕仅需5-10秒,单次测试可包含多达10,000个压痕点(100×100阵列),获得每个压痕点的杨氏模量(E)、硬度(H)和接触刚度(S)等随深度的变化。NanoBlitz 4D 采用恒应变率方法。其软件包还包含可视化软件和数据处理功能。

AccuFilm™ 薄膜方法包

AccuFilm™薄膜方法包提供基于Hay-Crawford模型的InView测试方法,其采用连续刚度测量(CSM)获得不受衬底影响的薄膜材料性能。AccuFilm™能够修正薄膜力学性能测量中衬底的影响,其应用既包括“硬膜软基底”,也包括“软膜硬基底”的情况。

ProbeDMA™聚合物方法包

聚合物方法包可以测量聚合物的复模量随频率的变化。该方法包中包括平压头、粘弹性标样和评估材料粘弹性的测试方法。该技术可以有效表征纳米尺度聚合物和聚合物薄膜,填补传统的动态力学分析(DMA)测试仪在此领域的空白。

Biomaterials生物材料方法包

生物材料方法包基于连续刚度测量(CSM)技术,可以测量剪切模量低至1kPa的生物材料的复模量。该方法包中包括一个平压头和评估材料粘弹性的测试方法。该技术可以有效表征小尺寸生物材料,填补传统的流变仪在此领域的空白。

NanoVision

NanoVision选件配备了用于高分辨3D成像方法和能精确定位的闭环纳米定位样品台。NanoVision让用户能够以纳米级精度对压痕测试位置进行定位,从而实现对复杂材料的各个相进行独立表征。NanoVision用户还可以通过检查残余压痕形貌,获取到凸起高度、变形体积和断裂韧性等材料特性的量化分析。

 

Survey Scanning

Survey Scanning选件利用Nano Indenter G200X系统的精确、可重复的X/Y运动来提供500μm x 500μm的最大扫描尺寸。10nm线性编码器的成像效果比G200更好。NanoVision样品台和Survey Scanning选件可配合使用,为纳米压痕测试精确定位,这对于确定样品断裂韧性尤其有用。

InView软件版本

所有Nano Indenter G200X系统均采用了标准的InView软件,可以让用户可以访问预编程测试方法,其中包括符合ISO 14577标准的方法。InView方法开发选件能让研究人员使用简单的协议编写自己的InView测试方法。InView软件包中内置InView ReviewData和InFocus应用程序,可用于轻松查看数据和创建演示文稿。InView拥有模拟模式,用户可以离线编写测试方法、处理和分析数据。

硬度和模量测量(基于 Oliver-Pharr 模型)

力学性能表征在薄膜的制造和工艺控制中至关重要,其中包括汽车工业中的涂层质量控制,以及半导体制造中前段和后段的工艺控制。 G200X纳米压痕仪能够测量从超软凝胶到硬质涂层的各种材料的硬度和模量。高效地评估材料性能,保证了在生产线上进行有效的质量管控。

快速材料力学性能成像

对于包括复合材料在内的许多材料而言,不同区域之间的力学性能可能会有很大差异。G200X系统在X和Y轴方向上各提供100毫米的样品台移动范围,在Z轴方向上提供25毫米的移动范围,在大面积样本区域下轻松表征不同厚度、宽度、长度的样本。可选的NanoBlitz表面形貌和断层扫描软件能快速生成任何测量力学性能的彩色图。

ISO 14577 硬度测试

Nano Indenter G200X纳米压痕仪内置预先编写的 ISO 14577 测试方法,其依据 ISO 14577 标准测量材料硬度。该测试方法可以自动测量并输出杨氏模量、纳米压痕硬度、维氏硬度和归一化压痕功。

界面附着力测量

i薄膜剥离通常是由沉积可以储存弹性能量的高压缩层引起的。界面附着力测量对于帮助用户了解薄膜失效模式而言至关重要。Nano Indenter G200X系统可以通过膜层界面的断裂及黏附特性和残余应力等性能的测试,实现对多层界面的性能评估。

断裂韧性

断裂韧性指在平面应变条件下应力强度因子发生突然性失效的临界值。低断裂韧性值意味着样品预先存在缺陷。使用刚度成像法可轻松通过纳米压痕仪获得断裂韧性。(刚度成像测量需要连续刚度测量和NanoVision选件。)

粘弹性能

聚合物是结构异常复杂的材料,其力学性能易受化学特性、加工工艺和热力学过程的影响。具体而言,力学性能由母链的类型和长度、支化、交联、应变、温度和频率等因素决定,而他们通常是相互关联的。应在相关环境中对聚合物样本进行力学测试,为聚合物设计参数决策提供有用的数据信息。纳米压痕测试所需样本尺寸小,制作简单,更容易进行这种特定环境的测量。Nano Indenter G200X系统在压头与材料充分接触的同时可激发压头的高频振动来测量聚合物样品的复模量和粘弹性。

扫描探针显微成像(3D成像)

Nano Indenter G200X系统有两种扫描探针显微成像方式,可用于表征压痕的裂纹长度,和测量设计应用中的断裂韧性。断裂韧性指含有裂缝的缺陷材料防止断裂扩展的能力。Nano Indenter G200X的压电样品台具有高定位精度的NanoVision选件,可提供高达1nm步进的编码器分辨率,最大扫描尺寸为100µm x 100µm。Survey Scanning软件选件将X/Y运动系统与InView软件相结合,可提供500µm x 500µm的最大扫描尺寸。NanoVision样品台和Survey Scanning选件均需要对样品的精确区域进行纳米压痕测试和断裂韧性计算。

定量的划痕和磨损测试

涂层和薄膜要经受多种工艺流程,例如化学机械抛光(CMP)和引线键合,这会考验这些薄膜的强度及其与衬底的附着力。对这些材料来说,重要的是在这些流程中抵抗塑性形变,并保持完好而不从衬底上剥离。理想情况下,电介质材料应具有较高的硬度和弹性模量,这将有助于其在经历制造流程时有效抵抗外界影响。

高温纳米压痕测试

高温纳米压痕对于表征热应力作用下的材料性能至关重要,在定量研究热机械加工过程中的失效机理时更是如此。在不同温度下进行力学测试,不仅可以研究材料受热时的性能变化,还可以量化研究材料的塑性转变,这在纳米尺度上并非易事。

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