微納米尺度金屬薄膜拉伸分叉問題的研究.pdf

1、微納米尺度金屬薄膜在電子信息、能源、生物、醫(yī)療等研究領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。薄膜在工作過程中常常要承受拉伸載荷,當(dāng)載荷達(dá)到某一值時,薄膜結(jié)構(gòu)會在某一微小載荷增量下發(fā)生失穩(wěn)型分叉,隨后薄膜會出現(xiàn)損傷和破壞。由于薄膜的分叉將直接影響到元器件的性能和壽命,因此研究薄膜拉伸分叉行為極為重要。為此本文利用電阻特性對微納米尺度金屬薄膜的拉伸分叉問題展開研究。
　　本文利用金屬薄膜拉伸時電阻變化的特點(diǎn),對薄膜在拉伸變形過程中電阻的變化進(jìn)行理論分

2、析,得到彈性變形階段和均勻塑性變形階段以及局部化階段電阻變化與應(yīng)變之間的關(guān)系。
　　自主設(shè)計電阻變化測量系統(tǒng)和薄膜/基底結(jié)構(gòu)拉伸加載裝置,實(shí)現(xiàn)對薄膜/基底結(jié)構(gòu)在高精度下進(jìn)行原位拉伸加載,并實(shí)時測量金屬薄膜電阻變化的信息,加載過程中可通過高倍光學(xué)顯微鏡實(shí)時觀測金屬薄膜表面的形貌及變化過程。
　　本文研究了聚酰亞胺基底上銅薄膜在拉伸載荷作用下的變形分叉及破壞過程。研究發(fā)現(xiàn),銅薄膜拉伸分叉的位置并不是單一的,可能存在多處同時發(fā)生分

3、叉,薄膜表面微裂紋的出現(xiàn)呈周期性分布,且各裂紋之間基本保持平行,其方向垂直于拉伸加載方向。
　　利用電阻變化測量系統(tǒng)測量拉伸加載過程中銅薄膜的電阻變化情況,得到薄膜電阻隨應(yīng)變變化的關(guān)系,與理論推導(dǎo)的結(jié)果進(jìn)行對比分析,確定銅薄膜的拉伸分叉點(diǎn)。研究表明,沉積于聚酰亞胺基底上的微納米尺度銅薄膜在單軸拉伸作用下,經(jīng)過彈性變形階段后,很快就發(fā)生分叉,然后產(chǎn)生破壞,而塑性變形階段和局部化階段較短;在彈性變形階段銅薄膜的電阻變化速率很小,均勻塑