Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Siliziumoxid-Dünnschichten mittels des Bulge-Tests an mikromechanischen Membranen: Theorie, Simulation und Experiment

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Im geplanten Vorhaben wird der Bulge-Test im Anwendungsspektrum auf kompressiv bis schwach tensil vorgespannte dünne Schichten erweitert und zur Bestimmung ihres E-Moduls, ihrer Poisson-Zahl, ihrer Vorspannung, sowie ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten genutzt. Zur Interpretation experimenteller Resultate werden mit der Methode der finiten Elemente und analytischer Energieminimierung Modelle für kompressiv sowie schwach vorgespannte quadratische, rechteckige und lange Membranen entwickelt. Die Modelle beschreiben deren komplexes mechanisches Verhalten, inkl. der kritischen Verbeulung und weiterer symmetriebrechender Übergänge in Abhängigkeit von der Geometrie, den mechanischen Eigenschaften und dem angelegten Druck. Die experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich zuerst auf PECVD-SiN-Schichten; in den letzten Jahren wird die Methode auf nicht-nitridische Materialien und zur Bestimmung temperaturabhängiger Eigenschaften angewandt.