【摘要】 实验过程中采用边长12.5 mm、厚度525 μm的方形硅片作为衬底。

厚度在60nm和320nm之间的独立金膜的断裂韧性通过凸起测试确定为约2MPa m1/2。这一令人惊讶的低值证实了对其他金属也观察到的趋势，即薄膜仅表现出本体断裂韧性的一小部分。

 

为了理解这种行为，Eva I. Preiß等人[1]在原子力显微镜（AFM）中原位观察了通过聚焦离子束（FIB）铣削引入裂纹的独立金膜的断裂过程。

 

实验过程中采用边长12.5 mm、厚度525 μm的方形硅片作为衬底。它们被涂上一层100纳米厚的低压化学气相沉积(LPCVD)非化学计量氮化硅(SiN)薄膜，并被构造成独立于1毫米× 4毫米中央矩形区域的SiN薄膜。它们被涂上一层非常薄的铬(99.98 wt%)粘接剂层和一层所需厚度的金(99.99 wt%)。薄膜厚度在沉积过程中由石英晶体微天平监测，随后由原子力显微镜测量证实。

 

对于以下扫描，选择裂纹尖端前方的5µm x 5µm区域。压力逐渐增加。通常情况下，压力增加了大约。1kpa / 30s。加载一段后，压力保持恒定几分钟，同时调整扫描区域的位置并获得AFM图像。扫描采用PPP-CONTR扫描探头，横向分辨率为256x256点，采用接触模式。

 

通过计算在加载段期间调整AFM探针高度所需的电机步骤来估计膜的凸起高度。此外，常规测试允许恒定的加压速率，从而提高再现性。裂纹尖端区域的AFM扫描显示，裂纹主要沿晶界稳定生长。塑性变形局限于裂纹尖端前方的狭窄通道中。没有观察到在平面应力下通常预期的大塑性区。相反，强烈的局部颈缩现象得到了证明。

 

得出结论，塑性变形的空间限制是金属薄膜断裂韧性低的主要原因。

 

[1] Eva I. Preiß, Benoit Merle, Mathias Göken, Understanding the extremely low fracture toughness of freestanding gold thin films by in-situ bulge testing in an AFM, Materials Science and Engineering: A, Volume 691, 2017, Pages 218-225.

 

科学指南针通过互联网技术建立更可靠的服务标准，全国拥有31个办事处，20个自营实验室，最好的设备、最专业的老师为您服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。