利用原位压痕技术表征原子层沉积Al₂O₃超薄纳米薄膜的力学性能

来源期刊：材料导报2019年第18期

论文作者：刘律宏 刘燕萍 马晋遥 桑利军 程晓鹏 张跃飞

文章页码：3026 - 3030

关键词：原子层沉积;Al₂O₃薄膜;原位纳米压痕;力学性能;弹性模量;

摘    要：通过原子层沉积技术（ALD）在Si基片上制备厚度为20～60 nm的Al₂O₃薄膜,采用三维光学显微镜和透射电子显微镜分别分析了它们的表面粗糙度和微观形貌;采用自主研发的扫描电子显微镜/扫描探针显微镜（SEM/SPM）联合测试系统对样品薄膜进行了原位纳米压痕实验,基于Hertz弹性接触理论对其弹性模量进行分析,利用Hay模型消除基底对测量结果的影响,并对模型中由于压头形状不同产生的误差进行了修正,最终计算出薄膜的实际弹性模量值。实验结果表明:ALD制备的Al₂O₃薄膜为非晶态,表面粗糙度不随厚度的增大而增大。薄膜弹性模量值没有表现出明显的小尺寸效应,去基底效应后得到的弹性模量值为（175±10） GPa。同一压入比条件下,薄膜厚度越小基底效应越明显。