Caracterización De Sistemas Revestidos Usando la Prueba Combinada de Nanohardness y de la Microscopia de la Fuerza de la Exploración De los Instrumentos del CSM

Temas Revestidos

Antecedentes

Resultados

Profundidades Mucho Mayores Que Espesor Del Film

Variaciones del Endurecimiento Y del Módulo

Conclusiones

Antecedentes

El Trabajo sobre sistemas revestidos con el Probador de Nanohardness (NHT) de los Instrumentos del CSM y del objetivo integrado del Microscopio de la Fuerza (SFM) de la Exploración ha mostrado que los efectos del montón-hacia arriba tienen consecuencias importantes para la medición de propiedades mecánicas de curvas de la carga-dislocación del nanoindentation. Esto es porque el área de contacto calculada entre el penetrador y la muestra no tiene en cuenta ninguna variación debido al montón-hacia arriba o sumidero-en del material alrededor del sitio del sangrado de márgenes.

Este artículo se centra en una película fina titanium del espesor 200nm depositada sobre 100] substratos del Si [. Los Sangrados De Márgenes se han realizado usando un penetrador piramidal (trilátero) de Berkovich en las profundidades a partir del 25 nanómetro hasta 1225 nanómetro, el este ser el rango total de la medición del instrumento de NHT para esta muestra determinada.

Resultados

El titanio depositado plasma es de hecho más duro que el substrato del Si, debido a las altas tensiones internas producidas como resultado de la deposición y de revestimiento de óxido (generalmente TiO2) que forma inmediatamente en el retiro de la muestra del reactor. Las imágenes de SFM (Fig. demostración de 1) sin obstrucción la estructura superficial de la morfología y de grano de la capa depositada.

Para el sangrado de márgenes reflejado hecho con el hmax = 50 nanómetro, la impresión residual es descubierto visibles y está de una magnitud similar como la tosquedad superficial (~ 20 nanómetro). Pues se aumenta el hmax, no hay efectos evidentes del montón-hacia arriba sensibles hasta que el substrato se alcance, sugiriendo que el flujo plástico es lejos más reservado que el de capas más suaves (tales como aluminio u oro). Para las profundidades donde el hmax > 200 nanómetro (el espesor del film), la cantidad de montón-hacia arriba aumenta gradualmente solamente puede ser observado que la morfología superficial del material amontonado-hacia arriba sigue siendo lo mismo que rodeándolo. Esto sugeriría que, contrariamente a capas más suaves donde el material se activa obviamente a las caras del penetrador, el material haya experimentado el levantamiento debido a la relajación del substrato en la descarga.

Esto es confirmada más a fondo por los bordes cóncavos de las impresiones.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - imágenes de SFM de las impresiones de la residual para las profundidades máximas (hmax) de (a) 50 nanómetro, (b) 175 nanómetro, (c) 400 nanómetro, y (d) 1225 nanómetro. La muestra es una película titanium (espesor = 200 nanómetro) chisporroteada sobre 100] substratos del Si [.

Cuadro 1. imágenes de SFM de las impresiones de la residual para las profundidades máximas (hmax) de (a) 50 nanómetro, (b) 175 nanómetro, (c) 400 nanómetro, y (d) 1225 nanómetro. La muestra es una película titanium (espesor = 200 nanómetro) chisporroteada sobre 100] substratos del Si [.

Profundidades Mucho Mayores Que Espesor Del Film

Para las profundidades mucho mayores que el espesor del film (e.g., Fig. 1 (d)), la cantidad relativa de montón-hacia arriba es importante más pequeña porque una mayor porción del volumen deformado está en el substrato del Si. La evolución del montón-hacia arriba con profundidad de penetración es representada en Fig. 2, trazando una selección de perfiles seccionados transversalmente a través de las impresiones reflejadas. En las profundidades mayores que el espesor del film, la transición entre la capa y el substrato es sin obstrucción visibles, al igual que la relajación elástico del substrato del Si que da un bombeo en el perfil en el interfaz.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - Una selección de perfiles seccionados transversalmente a través de los sangrados de márgenes reflejados para las profundidades (hmax) a partir de 50 hasta 1225 nanómetro. Observe la influencia cada vez mayor del substrato del Si para las profundidades que exceden el espesor del film del Ti (200nm).

Cuadro 2. Una selección de perfiles seccionados transversalmente a través de los sangrados de márgenes reflejados para las profundidades (hmax) a partir de 50 hasta 1225 nanómetro. Observe la influencia cada vez mayor del substrato del Si para las profundidades que exceden el espesor del film del Ti (200nm).

Variaciones del Endurecimiento Y del Módulo

Las variaciones del endurecimiento y del módulo se trazan en Fig. 3 en función de la profundidad de penetración máxima, hmax, normalizado en cuanto al espesor del film, tf. Para el gráfico del endurecimiento, una disminución escarpada se observa de un valor que se acerca a 16 GPa en las profundidades bajas a aproximadamente 11 GPa en el interfaz del capa-substrato. Para los valores de hmax/tf > 1, el endurecimiento disminuye más gradualmente hacia abajo a un valor de 9 GPa, el este ser el endurecimiento del substrato. La mayor dispersión de puntas experimentales en las profundidades bajas se puede atribuir a los efectos de la tosquedad superficial y la influencia diversa de la capa superficial del óxido, que, para una película tan fina, bien puede ampliar una distancia importante en la capa. La variación en el módulo de elástico, mostrado en Fig. 3 (b), desciende a partir del 270 GPa a 140 GPa, sin descontinuidad evidente como resultado del interfaz del capa-substrato. Tales resultados confirman la aplicabilidad del NHT a medir propiedades mecánicas en función de profundidad de una manera exacta y lógica.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - La variación del endurecimiento (a) y el módulo de elástico (b) se traza en función de la profundidad normalizada (hmax/tf) para una película titanium chisporroteada sobre 100] substratos del Si [.

Cuadro 3. La variación del endurecimiento (a) y el módulo de elástico (b) se trazan en función de la profundidad normalizada (hmax/tf) para una película titanium chisporroteada sobre 100] substratos del Si [.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - representación Tridimensional de la imagen mostrada en Fig. 1 (d). Observe el fragmento del montón-hacia arriba y la morfología del substrato del Si.

Cuadro 4. representación Tridimensional de la imagen mostrada en Fig. 1 (d). Observe el fragmento del montón-hacia arriba y la morfología del substrato del Si.

Conclusiones

En Relación Con sistemas revestidos comunes, el NHT ha probado que la información de la dislocación de carga solamente no puede siempre determinar los mecanismos verdaderos de la deformación que ocurren en el interfaz de la punta-muestra, y que la proyección de imagen de SFM de las impresiones residuales en las diversas profundidades es los medios inestimables de caracterizar comportamiento de la deformación del capa-substrato.

Además, el NHT/SFM es capaz de proporcionar a datos de la carga-dislocación así como la información topográfica (es decir, tosquedad superficial, fragmento del montón-hacia arriba/sumidero-en efectos, área del contacto verdadera, volumen de material dislocado, dimensión de una variable de la punta del penetrador, Etc.) de una manera rápida y eficiente.

Fuente: Instrumentos del CSM

Para más información sobre esta fuente visite por favor los Instrumentos del CSM

Date Added: Nov 30, 2006 | Updated: Dec 2, 2014

Last Update: 9. December 2014 20:00

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