過渡金屬Cr、W與Al配對界面構(gòu)造的機(jī)械特性研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對信息量的需求越來越大，信息的大容量存儲(chǔ)和高速度傳輸問題迫在眉睫。這勢必要求電子元器件及系統(tǒng)設(shè)備快速升級，即朝著輕、薄、短、小、低功耗、多功能、高可靠性方向發(fā)展，正如超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)。這預(yù)示著更多的金屬薄膜及多層膜材料應(yīng)用于微電子元器件中。如Al-Cr薄膜材料用于a-Si TFT的雙層電極及極紫外波段濾光片；W-Al材料用于薄膜體聲波諧振器(FBAR)布拉格反射層，元件間連線，擴(kuò)散障礙層等。

2、由于膜-基體系微構(gòu)造的機(jī)械特性是薄膜質(zhì)量的首要指標(biāo)和發(fā)揮其性能的基本條件，在很大程度上決定了薄膜及器件的可靠性和使用壽命。因此，研究雙層金屬薄膜界面構(gòu)造機(jī)械特性是很有必要的。
　　 本文采用磁控濺射法制備了過渡金屬Cr、W材料與Al配對的雙層薄膜樣品Al-Cr、W-Al和Al-W，研究內(nèi)容分別如下：
　　 1.測試雙層金屬薄膜材料在微尺度下的機(jī)械性能。在樣品Al-Cr和W-Al表面上選擇合適的壓痕位置，利用納米壓痕儀對多

3、個(gè)點(diǎn)進(jìn)行不同深度的測試，獲得Al、W薄膜的彈性模量、硬度及隨著壓痕深度變化的關(guān)系曲線。
　　 2.建立有限元模型并仿真計(jì)算。利用ANSYS軟件建立壓頭對樣品加卸載接觸過程的軸對稱模型，并施加位移函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。得到樣品Al-Cr和W-Al的載荷-位移曲線，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比；對樣品W-Al模型中應(yīng)力應(yīng)變的分布進(jìn)行研究，得到其分布云圖。
　　 3.施加熱載荷。采用高低溫綜合試驗(yàn)箱對樣品W-Al和Al-W施加熱載荷，溫度范圍為-4

4、0-120℃，循環(huán)周期為120分鐘，在最值溫度處均保持恒溫15分鐘，共加載5個(gè)周期。
　　 4.測試樣品的界面結(jié)合強(qiáng)度。采用納米劃痕儀分別測試經(jīng)過熱循環(huán)和未經(jīng)過熱循環(huán)的樣品W-Al和Al-W的界面結(jié)合力，并對比分析，發(fā)現(xiàn)熱循環(huán)載荷對界面結(jié)合強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。通過對劃擦痕跡的觀測，進(jìn)一步驗(yàn)證了劃痕實(shí)驗(yàn)中界面結(jié)構(gòu)破壞的一般過程。
　　 綜上所述，本文采用了實(shí)驗(yàn)測試結(jié)合有限元仿真的方法分析了雙層金屬薄膜樣品的機(jī)械力學(xué)特性，分析的