過渡金屬Cr、W與Al配對界面構(gòu)造的機械特性研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟、科學技術(shù)的發(fā)展與進步，人們對信息量的需求越來越大，信息的大容量存儲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，擴散障礙層等。

2、由于膜-基體系微構(gòu)造的機械特性是薄膜質(zhì)量的首要指標和發(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、個點進行不同深度的測試，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)進行計算。得到樣品Al-Cr和W-Al的載荷-位移曲線，與實驗數(shù)據(jù)對比；對樣品W-Al模型中應(yīng)力應(yīng)變的分布進行研究，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個周期。
　　 4.測試樣品的界面結(jié)合強度。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)合強度有增強作用。通過對劃擦痕跡的觀測，進一步驗證了劃痕實驗中界面結(jié)構(gòu)破壞的一般過程。
　　 綜上所述，本文采用了實驗測試結(jié)合有限元仿真的方法分析了雙層金屬薄膜樣品的機械力學特性，分析的