金属薄膜における巨大弾性ひずみと弾性定数の異常

金属薄膜中的巨弹性应变和弹性常数异常

基本信息

批准号：
09875165
负责人：
小池淳一
金额：
--
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875165/
关键词：
薄膜弾性定数機械的性質モリブデン

项目摘要

シリコン基板上にモリブデン薄膜を成膜し、弾性的性質を示すパラメーターを定量的に測定し、薄膜における巨大なひずみ量と弾性定数以上の関連性および原因を明らかにする。薄膜はヘリコンスパッター装置を用いて、成膜条件を変化させて成膜された。薄膜におけるひずみはX線回折法によって測定した。X線回折の結果をsin^2θ法によって解析することによって、薄膜の成長方向および界面方向のひずみを測定した。また、応力は基板曲率測定法によって、弾性定数はナノインデンターならびに基板曲率法によって測定された。弾性定数の結果は測定法の依存性についても考慮した。X線回折の結果、薄膜の成長方向は引張の、界面方向には圧縮のひずみが存在した。応力も同様であった。圧縮のひずみ、応力ともに、アルゴン流量、ターゲット出力、基板温度が低いほど増加する傾向がみられた。実験条件の範囲内で得られたひずみ、応力の最大値はそれぞれ0.6%、1700MPaにもなった。これらの値はバルク材に比べて数倍大きい値であり、基板の拘束をうけた薄膜特有の現象が観察された。これらの試料においてナノインデンターを用いて弾性定数の測定を行った結果、巨大なひずみが観測されたにもかかわらず、弾性定数はひずみ依存性を示さず、バルクの弾性定数とほぼ同じ値を示した。ところが、基板曲率法によって熱膨張の弾性変形領域から算出した弾性定数は、ひずみ依存性を示し、バルク材より30%ほど大きい値を示した。弾性定数の異常は、曲率測定法では観察されたが、ナノインデンテーションでは観察されなかった。この原因として、ナノインデンテーションの弾性変形が3次元的であり、薄膜の成長方向における引張ひずみと界面方向における圧縮ひずみの影響が相殺されて、バルクと同じ値を示したものと思われる。これに対して、基板曲率法は界面方向の弾性定数を測定するため、巨大圧縮ひずみの影響を反映した弾性定数の異常が観察された。異常の原因は弾性非調和効果で説明される。

钼薄膜沉积在硅底物上，并定量测量表明弹性特性的参数，以阐明薄膜中大量应变的关系和原因，以及上面的弹性常数。薄膜是使用薄膜沉积条件来使用Helicon溅射装置形成的。通过X射线衍射测量薄膜中的应变。通过使用SIN^2θ方法分析X射线衍射的结果来测量薄膜的生长方向和界面方向的应变。还通过底物曲率测量方法测量应力，弹性常数通过纳米内侧和底物曲率方法测量。还考虑了用于测量方法的依赖性弹性常数的结果。 X射线衍射表明，薄膜在生长方向和界面方向的压缩菌株的拉伸应变。压力也是如此。随着氩气流量，目标输出和底物温度较低，压缩的应变和压力均趋于增加。在实验条件下获得的最大应变和应力分别为0.6％和1700 MPa。这些值比散装材料大几倍，并且在限制底物时观察到了薄膜特有的现象。在这些样品中使用纳米插入器测量了弹性常数，尽管观察到巨大的应变，但弹性常数并未显示应变依赖性，并且显示出与散装弹性常数几乎相同的值。然而，通过底物曲率方法从热膨胀的弹性变形区域计算出的弹性常数显示应变依赖性，显示出比散装材料的弹性变形区域大约30％。在曲率测量中观察到弹性常数的异常，但在纳米构型中未观察到。这被认为是造成这种情况的原因，因为纳米识别的弹性变形是三维的，并且拉伸应变在薄膜生长方向上的效果和界面方向上的压缩应变的效果被偏移，导致与整体相同的值。相反，底物曲率方法测量了界面方向的弹性常数，并且观察到反映了巨大压缩应变影响的弹性常数。异常的原因是通过弹性的非谐作用来解释的。