超薄納米銅薄膜在接觸變形下變形機(jī)制的研究.pdf

1、納米晶金屬薄膜材料目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微電子，半導(dǎo)體等高新領(lǐng)域中。這種新型材料不僅可以作為MEMS部件上的硬質(zhì)涂層，也可以作為電子器件上的導(dǎo)熱導(dǎo)電涂層而使用。由于納米薄膜在工作過程中往往會(huì)受到循環(huán)應(yīng)力的作用，因此，其力學(xué)性能成為其研究的重點(diǎn)，而揭示薄膜在受力過程中的變形機(jī)制對(duì)于納米薄膜力學(xué)性能的研究起到重要的作用。
　　本文通過采用一種薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)方法，研究超薄納米晶銅薄膜在接觸變形下的微觀結(jié)構(gòu)和變形機(jī)制。即首先利用光刻蝕技術(shù)制作

2、帶有特殊花紋的“光刻膠/SiO2/Si”復(fù)合結(jié)構(gòu)，然后通過直流磁控濺射在復(fù)合基底上制備50nm厚的超薄納米晶銅薄膜。利用掃描和透射電子顯微技術(shù)，研究薄膜納米壓痕微觀組織形貌及納米尺度下組織結(jié)構(gòu)的變化，并探討了納米壓痕的微觀變形機(jī)制。其研究結(jié)果如下：⑴掃描與透射電子顯微鏡下，壓痕為正三角形，其形狀與壓頭相吻合，并在壓痕區(qū)域周圍出現(xiàn)明顯的“pile-up”現(xiàn)象。與非壓痕部位相比，納米壓痕區(qū)域的晶粒數(shù)量減少，晶粒取向發(fā)生變化。⑵高分辨透射電子

3、顯微鏡下，壓痕區(qū)域的晶粒為等軸晶，晶粒尺寸比未壓痕區(qū)域晶粒的尺寸大。另外晶粒中還出現(xiàn)大量的形變孿晶，且孿晶出現(xiàn)明顯取向性。⑶納米壓入過程中，晶粒長(zhǎng)大可以通過晶界的遷移、晶粒的旋轉(zhuǎn)以及孿晶調(diào)節(jié)的方式，與周圍晶粒減小晶界角;或者以吞噬小尺寸晶粒的方式進(jìn)行晶粒長(zhǎng)大。⑷形變孿晶是薄膜在接觸變形下的另一個(gè)主要途徑。形變孿晶通過晶界發(fā)出不全位錯(cuò)在滑移面上形成，同時(shí)改變晶粒的形狀。晶粒內(nèi)部的不全位錯(cuò)在局部應(yīng)力作用下通過多次自增殖的方式在孿晶面滑移形成