基于SEM-SPM原位纳米压痕超薄铜薄膜弹性模量研究

摘要：

本文利用自主研发的扫描电子显微镜-扫描探针显微镜联合测试系统(SEM-SPM),研究了直流磁控溅射(DCMS)和原子层沉积(ALD)两种成膜方式对40、60和80 nm超薄铜薄膜弹性模量的影响.基于赫兹理论和King模型的计算结果表明,利用DCMS得到不同厚度铜薄膜的弹性模量值在(95±2)Gpa~(125±4)GPa之间,而通过ALD得到的铜薄膜弹性模量值在(99±2)Gpa~(154±6)GPa之间.对比分析可知,不同厚度的铜薄膜弹性模量比块体铜材料的弹性模量(90 GPa)大6%~71%,且通过两种不同方式沉积得到的铜薄膜弹性模量值都随着薄膜厚度的增加而减小,表现出明显的尺寸效应.而且对于同一厚度的铜薄膜,利用ALD沉积的弹性模量比DCMS的大4.2%~23.2%,由透射电子显微图像对比分析可知,前者的平均晶粒尺寸是后者的60%,纳米晶粒小尺寸效应可能是薄膜弹性模量增大的原因.

关键词：原位纳米压痕、超薄薄膜、弹性模量、赫兹理论、铜薄膜

所属期刊栏目：36

分类号：TB383;TG115.21+5.3;O34(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金资助项目11374027

在线出版日期：2017-11-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：442-450