Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
stress [MPa]
M42: Thermo-mechanische
Charakterisierung dünner
Schichten
Mechanische Größeneffekte in
dünnen Schichten
Abbildung 1:
M42: Thermo-mechanische Charakterisierung
Dünne Schichten mit Schichtdicken im Bereich
weniger Nanometer bis hin zu einigen Mikrometern
zeigen gegenüber dem entsprechenden Massivmaterial
veränderte und zumeist größenabhängige
mechanische Eigenschaften („size effects“). So wird
mit abnehmenden geometrischen bzw. mikrostrukturellen
Dimensionen meist ein starker Anstieg der
Fließspannung beobachtet (Abb. 1). Dies kann bei
einem Einsatz der Schichten z.B. als Leiterbahn
Spannungs-Temperaturverlauf von
Ni-reichen NiAl-Schichten auf einem
Si-Substrat. Mit abnehmender Schichtdicke
nehmen die Spannungswerte bei
Raumtemperatur zu. (nach [1])
in der Mikroelektronik oder als Schutzschicht gegenüber
thermischer oder abrasiver Belastung zur
Ermüdung bzw. Rissbildung führen und somit zu
einem Versagen des Schicht /Substrat-Verbundes
aufgrund hoher innerer Spannungen (Abb. 2). Ursache
für die inneren Spannungen sind zumeist die
unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der einzelnen Werkstoffe.
Abbildung 2:
Rissbildung in einer dünnen, thermisch
belasteten Al-reichen NiAl-Schicht.
(nach [2])
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