Längenskaleneffekte im Ermüdungsverhalten von Cu Schichten bei hoch zyklischer Belastung

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Das Ermüdungsverhalten von Strukturen im Submikrometerbereich ist von großer Bedeutung in vielen technischen Anwendungen wie z.B. der Mikroelektronik und in Mikro-Elektro-Mechanisches-Systemen. Bisherige Studien über Ermüdung in metallischen Dünnschichten zeigten für Schichten kleiner 1 μm sowohl eine erhöhte Lebensdauer als auch eine Änderung in der Morphologie der Ermüdungsschäden. Der Einfluss der Schichtdicke auf die Lebensdauer korreliert mit einem Anstieg der Festigkeit der Schicht. Vermutet wird, dass die Effekte den gleichen Ursprung haben. Bei sehr dünnen Schichten die kleiner als 100 nm sind, sind viele Risse und auch Diffusionsprozesse zu beobachten. Zudem folgen sehr dünne Schichten nicht dem Trend, bei immer dünner werdender Schichtdicke ihre Lebensdauern zu höhere. Das Forschungsziel des Projektes ist die Ermüdung dünner Metallschichten mittels hoher Belastungszahlen um aufbauend darauf ein grundlegendes Verständnis der physikalischen Mechanismen, welche zur Ermüdung des Materials führen, zu erhalten. Diese Studie wird mit Cantilevern, welche mit einer gesputterten Cu Schicht versehen werden, durch Verwendung eines hochfrequenten Resonanztestes in einem Rasterkraftmikroskop realisiert. Durch Morphologieuntersuchungen der typischen Ermüdungsschäden bei unterschiedlichen Schichtdicken und das Verhalten der Lebensdauer können die dominierenden Mechanismen für die Schädigungsentstehung identifiziert werden.