Caractérisation Des Systèmes Enduits Utilisant le Test Combiné de Nanohardness et de la Microscopie de Force de Lecture Des Instruments de CSM

Sujets Couverts

Mouvement Propre

Résultats

Profondeurs Beaucoup Plus Grandes Que l'Épaisseur de Film

Variations de Dureté Et de Module

Conclusions

Mouvement Propre

Le Travail sur les systèmes enduits avec l'Appareil De Contrôle de Nanohardness (NHT) des Instruments de CSM et de l'objectif intégré de Microscope de Force (SFM) de Lecture a prouvé que les effets de la collision ont des conséquences importantes pour la mesure des propriétés mécaniques des courbures de charge-déplacement de nanoindentation. C'est parce que la zone de contact prévue entre le pénétrateur et l'échantillon ne tient compte d'aucune variation due à la collision ou bassin-dans du matériau autour du site d'indentation.

Cet article se concentre sur un film mince titanique de l'épaisseur 200nm déposé sur des 100] substrats de SI [. Des Indentations ont été exécutées utilisant un pénétrateur pyramidal (à trois) de Berkovich aux profondeurs de 25 le nanomètre jusqu'à 1225 nanomètre, cet être tout le domaine de mesure de l'instrument de NHT pour cet échantillon particulier.

Résultats

Le titane déposé par plasma est en fait plus dur que le substrat de SI, dû aux stress internes élevés produits en raison du dépôt et de l'à pellicule d'oxyde (habituellement TiO) qui forme immédiatement sur le démontage de l'échantillon du réacteur. Les images de SFM (Fig. exposition de 1) de manière dégagée la morphologie et la structure granulaire extérieures de la couche déposée.

Pour l'indentation imagée effectuée avec le hmax = 50 nanomètre, l'empreinte résiduelle est à peine visible et est d'une grandeur assimilée comme aspérité (~ 20 nanomètre). À Mesure Que le hmax est augmenté, aucun effet apparent de collision n'est apparent jusqu'à ce que le substrat soit atteint, suggérant que l'écoulement plastique soit bien plus restreint que celui des couches plus molles (telles que l'aluminium ou l'or). Pour des profondeurs où le hmax > 200 nanomètre (l'épaisseur de film), la quantité de collision augmente graduellement mais il peut observer que la morphologie extérieure du matériau empilé- demeure la même que qui l'entourant. Ceci suggérerait que, contrairement à des couches plus molles où du matériau est évidemment poussé aux côtés du pénétrateur, le matériau ait subi le soulèvement dû à la relaxation de substrat sur le déchargement.

Ceci est encore confirmé par les arêtes concaves des empreintes.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - images de SFM des empreintes de résiduel pour des profondeurs maximum (hmax) (a) de 50 nanomètre, (b) 175 nanomètre, (c) 400 nanomètre, et (d) 1225 nanomètre. L'échantillon est un film titanique (épaisseur = 200 nanomètre) pulvérisé sur des 100] substrats de SI [.

Le Schéma 1.

Profondeurs Beaucoup Plus Grandes Que l'Épaisseur de Film

Pour des profondeurs beaucoup plus grandes que l'épaisseur de film (par exemple, Fig. 1 (d)), la quantité relative de collision est sensiblement plus petite parce qu'une partie plus grande du volume déformé est dans le substrat de SI. L'évolution de la collision avec la profondeur de pénétration est représentée dans Fig. 2, en traçant une sélection des profils transversaux par les empreintes imagées. Aux profondeurs plus grandes que l'épaisseur de film, le passage entre la couche et le substrat est de manière dégagée visible, de même que la relaxation élastique du substrat de SI qui donne une protubérance dans le profil à la surface adjacente.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - Une sélection des profils transversaux par les indentations imagées pour des profondeurs (hmax) de 50 jusqu'à 1225 nanomètre. Notez l'influence croissante du substrat de SI pour des profondeurs dépassant l'épaisseur de film de Ti (200nm).

Le Schéma 2.

Variations de Dureté Et de Module

Les variations de la dureté et du module sont tracées dans Fig. 3 en fonction de la profondeur de pénétration maximum, hmax, normalisé en ce qui concerne l'épaisseur de film, tf. Pour le traçage de dureté, on observe une diminution escarpée d'une valeur approchant 16 GPa aux profondeurs approximativement à 11 GPa à la surface adjacente de couche-substrat. Pour des valeurs de hmax/tf > 1, la dureté diminue plus graduellement vers le bas à une valeur de 9 GPa, cet être la dureté du substrat. La dispersion plus grande des remarques expérimentales aux profondeurs peut être attribuée aux effets d'aspérité et l'influence variable de la couche extérieure d'oxyde, qui, pour un tel film mince, peut bien étendre une distance significative dans la couche. La variation du module élastique, affiché dans Fig. 3 (b), descend de 270 GPa à 140 GPa, sans la discontinuité apparente en raison de la surface adjacente de couche-substrat. De Tels résultats confirment les possibilités d'application du NHT à mesurer les propriétés mécaniques en fonction de la profondeur d'une façon précise et logique.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - La variation du module du dureté (a) et élastique (b) sont tracés en fonction de la profondeur normalisée (hmax/tf) pour un film titanique pulvérisé sur des 100] substrats de SI [.

Le Schéma 3.

AZoNano - A à Z de Nanotechnologie - représentation En trois dimensions de l'image affichée dans Fig. 1 (d). Notez l'ampleur de la collision et la morphologie du substrat de SI.

Le Schéma 4.

Conclusions

Concernant les systèmes enduits communs, le NHT a prouvé que seule l'information de déplacement de charge ne peut pas toujours déterminer les véritables mécanismes de déformation se produisant à la surface adjacente d'extrémité-échantillon, et que la représentation de SFM des empreintes résiduelles aux profondeurs variées est des moyens inestimables de caractériser le comportement de déformation de couche-substrat.

De plus, le NHT/SFM est capable de fournir des données de charge-déplacement avec l'information topographique (c.-à-d., aspérité, ampleur de collision/bassin-dans des effets, superficie de contact vraie, volume de matériau déplacé, forme d'extrémité de pénétrateur, Etc.) d'une façon rapide et efficace.

Source : Instruments de CSM

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît les Instruments de CSM

Date Added: Nov 30, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 12:34

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