Arbeid på bestrøket systemer med Nanohardness Tester (NHT) fra CSM Instruments og integrerte Scanning Force Microscope (SFM) objektiv har vist at effekten av hoper-up har viktige konsekvenser for måling av mekaniske egenskaper fra nanoindentation load-forskyvning kurver. Dette er fordi beregnes kontaktområdet mellom indenter og prøven ikke tar hensyn til eventuelle variasjoner på grunn hoper opp eller synke-i materiale rundt innrykk nettstedet. Denne artikkelen fokuserer på en titan tynn film med tykkelse 200 nm deponeres på en Si [100] substrat. Fordypningene har blitt utført ved hjelp av en Berkovich (tre-sidig) pyramidal indenter på dybder fra 25 nm til 1225 nm, dette blir den totale måleområdet av NHT instrument for denne prøven. Resultater Plasma deponert titan er faktisk hardere enn Si underlaget, på grunn av den høye interne spenninger produsert som et resultat av deponering og oksid film (vanligvis TiO 2) som danner umiddelbart ved fjerning av prøven fra reaktoren. Den SFM bilder (Fig. 1) viser tydelig overflaten morfologi og korn struktur deponert belegg. For avbildes innrykk laget med Hmax = 50 nm, er den gjenværende avtrykk knapt synlige, og er i samme størrelsesorden som overflateruhet (~ 20 nm). Som Hmax er økt, uten noen åpenbar hoper seg opp effekter er merkbar inntil underlaget er nådd, noe som tyder på at plast flyt er langt mer begrenset enn mykere belegg (for eksempel aluminium eller gull). For dybder der Hmax> 200 nm (filmen tykkelse), mengden hoper-up øker gradvis, men det kan observeres at overflaten morfologi av stablet opp materialet forblir den samme som omgir det. Dette skulle tilsi at i motsetning til mykere belegg der materialet er selvsagt skjøvet til sidene av indenter, har materialet gjennomgått landhevning grunnet underlaget avslapning på lossing. Dette blir ytterligere bekreftet av den konkave kantene av avtrykkene. ![AZoNano - A til Z av nanoteknologi - SFM bilder av gjenværende avtrykk for maksimal dyp (Hmax) av (a) 50 nm, (b) 175 nm, (c) 400 nm, og (d) 1225 nm. Prøven er en titan film (tykkelse = 200 nm) freste på en Si [100] substrat.](/work/tEOqB2G892jRw248U26S_files/image002.jpg) Figur 1. SFM bilder av gjenværende avtrykk for maksimal dyp (Hmax) av (a) 50 nm, (b) 175 nm, (c) 400 nm, og (d) 1225 nm. Prøven er en titan film (tykkelse = 200 nm) freste på en Si [100] substrat. Depths mye større enn Filmtykkelse For dybder mye større enn filmtykkelse (f.eks, fig. 1 (d)), er den relative mengden av hoper seg opp betydelig mindre fordi en større del av deformerte volumet er i Si underlaget. Utviklingen av hoper opp med inntrengningsdybde er representert i fig. 2, ved å plotte et utvalg av tverrsnittsstudie profiler gjennom avbildes avtrykk. På dyp større enn filmtykkelse, er overgangen mellom belegget og underlaget klart synlig, som er elastisk avslapning av Si underlaget som gir en bule i profilen på grensesnittet.  Figur 2. Et utvalg av tverrsnittsstudie profiler gjennom avbildes fordypningene for dyp (Hmax) fra 50 til 1225 nm. Vær oppmerksom på den økende innflytelsen fra Si substrat for dybder som overskrider Ti filmtykkelse (200 nm). Variasjoner av hardhet og Modulus Variasjonene av hardhet og modulus er plottet i fig. 3 som en funksjon av maksimal penetrasjon dybde, Hmax, normalisert med hensyn til filmtykkelse, tf. For hardhet plottet, er en bratt nedgang observert fra en verdi som nærmer seg 16 GPa på grunne dybder til ca 11 GPa ved coating-substrat grensesnitt. For verdier av Hmax / TF> 1, minsker hardhet mer gradvis ned til en verdi av 9 GPa, dette er hardheten på underlaget. Jo større spredning av eksperimentelle poeng på grunne dybder kan tilskrives overflateruhet effekter og varierende påvirkning av overflaten oksid lag, som for eksempel en tynn film, kan godt strekke en betydelig avstand i belegget. Variasjonen i elastisitetsmodul, vist i fig. 3 (b), stammer fra 270 GPa til 140 GPa, uten åpenbar diskontinuitet som følge av belegg-substrat grensesnitt. Slike resultater bekrefter anvendelsen av NHT å måle mekaniske egenskaper som en funksjon av dybde i en presis og logisk måte. ![AZoNano - A til Z av nanoteknologi - Variasjonen av hardhet (a) og elastisitetsmodul (b) er plottet som en funksjon av normalisert dybde (Hmax / TF) for en titan film freste på en Si [100] substrat.](/work/tEOqB2G892jRw248U26S_files/image004.gif) Figur 3. Variasjonen av hardhet (a) og elastisitetsmodul (b) er plottet som en funksjon av normalisert dybde (Hmax / TF) for en titan film freste på en Si [100] substrat.  Figur 4. Tre-dimensjonal representasjon av bildet som vises i fig. 1 (d). Legg merke til omfanget av hoper opp og morfologi av Si underlaget. Konklusjoner Angående felles belagt systemer har NHT bevist at belastningen forskyvning informasjon alene er ikke alltid i stand til å bestemme den sanne deformasjonsmekanismer forekommer på spissen-utvalg grensesnitt, og at SFM avbildning av den gjenværende avtrykkene på ulike dyp er et uvurderlig middel for å karakterisere belegg -substrat deformasjon atferd. I tillegg er NHT / SFM stand til å gi load-forskyvning data sammen med topografisk informasjon (dvs. overflateruhet, omfanget av pile-up/sink-in effekter, sanne område av kontakt, volum av materialet på flukt, indenter tip form, etc.) på en rask og effektiv måte. |