Karakterisering Van Met Een Laag Bedekte Systemen die de Testende en Aftastende van de Kracht Microscopie van Gecombineerde Nanohardness Van Instrumenten CSM Gebruiken

Besproken Onderwerpen

Achtergrond

Resultaten

Diepten Veel Groter Dan de Dikte van de Film

Variaties Van Hardheid En Modulus

Conclusies

Achtergrond

Het Werk aangaande met een laag bedekte systemen met het Meetapparaat Nanohardness (NHT) van Instrumenten CSM en de geïntegreerde Aftastende doelstelling van de Microscoop (SFM) van de Kracht heeft aangetoond dat de gevolgen van pile-up belangrijke gevolgen voor de meting van mechanische eigenschappen van nanoindentation lading-verplaatsing krommen hebben. Dit is omdat het berekende contactgebied tussen indenter en steekproef met geen variatie gepast aan pile-up of gootsteen-binnen van materiaal rond de inkepingsplaats rekening houdt.

Dit artikel concentreert zich op een titanium dunne die film van dikte 200nm op een 100] wordt gedeponeerd substraat van Si [. De Inkepingen zijn uitgevoerd gebruikend (three-sided) piramidale indenter Berkovich bij diepten van 25 NM tot 1225 NM, dit die de totale metingswaaier van het instrument NHT voor deze bepaalde steekproef zijn.

Resultaten

Het plasma gedeponeerde titanium is in feite harder dan het substraat van Si, wegens de hoge interne die spanningen als resultaat van deposito en de oxydefilm (gewoonlijk TiO)2 worden veroorzaakt die zich onmiddellijk bij de verwijdering van de steekproef van de reactor vormt. De beelden SFM (Fig. 1) tonen duidelijk de oppervlaktemorfologie en de korrelstructuur van de gedeponeerde deklaag.

Voor de imaged inkeping met hmax wordt gemaakt is = 50 NM, de overblijvende afdruk nauwelijks zichtbaar en is van een gelijkaardige omvang als oppervlakteruwheid (~ 20 NM dat). Aangezien hmax is gestegen, zijn geen duidelijke pile-up gevolgen merkbaar tot het substraat wordt bereikt, voorstellend dat de plastic stroom veel meer beperkt is dan dat van zachtere deklagen (zoals aluminium of goud). Voor diepten waar hmax > 200 NM (de filmdikte), de hoeveelheid pile-up geleidelijk aan stijgt maar men kan opmerken dat de oppervlaktemorfologie van het op:stapelen-omhooggaande materiaal het zelfde als dat die het omringt blijft. Dit zou voorstellen dat, strijdig met zachtere deklagen waar het materiaal duidelijk aan de kanten van indenter wordt geduwd, het materiaal ondersteuning toe te schrijven aan substraatontspanning bij het leegmaken heeft ondergaan.

Dit wordt verder bevestigd door de concave randen van de afdrukken.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - beelden SFM van overblijvende afdrukken voor maximumdiepten (hmax) van (a) 50 NM, (b) 175 NM, (c) 400 NM, en (d) 1225 NM. De steekproef is een titaniumfilm (dikte = 200 die NM) op een 100] wordt gesputterd substraat van Si [.

Figuur 1. Beelden SFM van overblijvende afdrukken voor maximumdiepten (hmax) van (a) 50 NM, (b) 175 NM, (c) 400 NM, en (d) 1225 NM. De steekproef is een titaniumfilm (dikte = 200 die NM) op een 100] wordt gesputterd substraat van Si [.

Diepten Veel Groter Dan de Dikte van de Film

Voor diepten veel groter dan de filmdikte (b.v., Fig. 1 (d)), is de relatieve hoeveelheid pile-up beduidend kleiner omdat een groter gedeelte van het misvormde volume in het substraat van Si is. De evolutie van pile-up met penetratiediepte wordt vertegenwoordigd in Fig. 2, door een selectie van profielen in dwarsdoorsnede door imaged afdrukken in kaart te brengen. Bij diepten groter dan de filmdikte, zijn de overgang tussen de deklaag en het substraat duidelijk zichtbaar, zoals de elastische ontspanning van het substraat is van Si dat een zwelling in het profiel bij de interface geeft.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - een selectie van profielen in dwarsdoorsnede door imaged inkepingen voor diepten (hmax) van 50 tot 1225 NM. Neem nota van de stijgende invloed van het substraat van Si voor diepten die de de filmdikte van Ti (200nm) overschrijden.

Figuur 2. Een selectie van profielen in dwarsdoorsnede door imaged inkepingen voor diepten (hmax) van 50 tot 1225 NM. Neem nota van de stijgende invloed van het substraat van Si voor diepten die de de filmdikte van Ti (200nm) overschrijden.

Variaties Van Hardheid En Modulus

De variaties van hardheid en modulus worden in kaart gebracht in Fig. 3 als functie van de maximumdiepenetratiediepte, hmax, met betrekking tot de filmdikte wordt genormaliseerd, tf. Voor het hardheidsperceel, wordt een steile daling waargenomen van een waarde naderend 16 GPa bij ondiepe diepten aan ongeveer 11 GPa bij de deklaag-substraat interface. Voor waarden van hmax/tf > vermindert 1, de hardheid meer geleidelijk aan neer aan een waarde van 9 GPa, dit die de hardheid van het substraat zijn. De grotere verspreiding van experimentele punten bij ondiepe diepten kan aan de gevolgen van de oppervlakteruwheid en de variërende invloed van de laag van het oppervlakteoxyde worden toegeschreven, die, voor zulk een dunne film, een significante afstand in de deklaag kan goed uitbreiden. De variatie in elastische die modulus, in Fig. 3 (b) wordt getoond, daalt van 270 GPa aan 140 GPa, zonder duidelijke discontinuïteit als resultaat van de deklaag-substraat interface. Dergelijke resultaten bevestigen de toepasselijkheid van NHT aan het meten van mechanische eigenschappen als functie van diepte op een nauwkeurige en logische manier.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - wordt de variatie van hardheid (a) en elastische modulus (b) in kaart gebracht als functie van genormaliseerde die diepte (hmax/tf) voor een titaniumfilm op een 100] wordt gesputterd substraat van Si [.

Figuur 3. De variatie van hardheid (a) en de elastische modulus (b) worden in kaart gebracht als functie van genormaliseerde die diepte (hmax/tf) voor een titaniumfilm op een 100] wordt gesputterd substraat van Si [.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - Driedimensionele die vertegenwoordiging van het beeld in Fig. 1 (d) wordt getoond. Neem nota van de omvang van pile-up en van de morfologie van het substraat van Si.

Figuur 4. Driedimensionele die vertegenwoordiging van het beeld in Fig. 1 (d) wordt getoond. Neem nota van de omvang van pile-up en van de morfologie van het substraat van Si.

Conclusies

Betreffende gemeenschappelijke met een laag bedekte systemen, heeft NHT bewezen dat de informatie van de ladingsverplaatsing alleen kan niet altijd de ware misvormingsmechanismen bepalen die bij de uiteinde-steekproef interface voorkomen, en dat de weergave SFM van de overblijvende afdrukken bij diverse diepten een onschatbaar middel is om deklaag-substraat misvormingsgedrag te kenmerken.

Bovendien kan NHT/SFM lading-verplaatsing gegevens samen met topografische informatie (d.w.z., oppervlakteruwheid, omvang van pile-up/gootsteen-in gevolgen, waar gebied van contact, volume van verplaatst materiaal, indenter uiteindevorm, enz.) op een snelle en efficiënte manier verstrekken.

Bron: Instrumenten CSM

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Instrumenten CSM

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

Last Update: 9. December 2014 19:38

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit