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TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为

安涛 文懋 田宏伟 王丽丽 宋立军 郑伟涛

TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为

安涛, 文懋, 田宏伟, 王丽丽, 宋立军, 郑伟涛
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  • 利用磁控溅射方法在Si(111)衬底上制备了具有(111)和(222)择优取向的TiN薄膜. 用纳米压痕和纳米划痕方法研究了该薄膜的变形和断裂行为. 用扫描电子显微镜、纳米压痕原位原子力显微镜及原位光学显微镜并结合加-卸载 曲线及划痕曲线获得了薄膜发生变形和断裂的微观信息. 在压痕试验中, TiN薄膜在压入深度为200 nm时表现为塑性变形及压痕周围的局部断裂, 随着压入深度的增大, 塑性变形和局部断裂变得越显著, 当最大压入深度达到临界值1000 nm时, 薄膜和衬底间发生了界面断裂. 在划痕实验中, 100 mN及200 mN的最大载荷均可以引起界面断裂. 最大为200 mN的载荷使得薄膜发生界面断裂的位置比用100 mN载荷时的位置提前, 但其临界断裂载荷和100 mN时及压痕实验时的临界界面断裂载荷基本相同.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50832001);吉林省科技发展计划项目(批准号: 20120745);吉林省自然科学基金(批准号: 201115134)和教育部留学回国人员科研启动基金(批准号: 2012940)资助的课题.
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    Koehler J S 1970 Phys. Rev. B 2 547

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    Chu X, Barnett S A, Wong M S, Sproul W D 1993 Surf. Coat. Technol. 57 13

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    Tavares C J, Rebouta L, Andritschky M, and Ramos S 1999 J. Mater. Process. Technol. 93 177

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    An T, Wang L L, Tian H W, Wen M, Zheng W T 2011 Appl. Surf. Sci. 257 7475

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    Veprek S, Niederhofer A, Moto K, Bolom T, Mannling H D, Nesladek P, Dollinger G, Bergmaier A 2000 Surf. Coat. Technol. 133-134 152

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-26
  • 修回日期:  2013-03-07
  • 刊出日期:  2013-07-05

TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为

  • 1. 长春大学理学院, 长春 130022;
  • 2. 吉林大学材料科学系, 汽车材料教育部重点实验室, 长春 130012
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50832001)

    吉林省科技发展计划项目(批准号: 20120745)

    吉林省自然科学基金(批准号: 201115134)和教育部留学回国人员科研启动基金(批准号: 2012940)资助的课题.

摘要: 利用磁控溅射方法在Si(111)衬底上制备了具有(111)和(222)择优取向的TiN薄膜. 用纳米压痕和纳米划痕方法研究了该薄膜的变形和断裂行为. 用扫描电子显微镜、纳米压痕原位原子力显微镜及原位光学显微镜并结合加-卸载 曲线及划痕曲线获得了薄膜发生变形和断裂的微观信息. 在压痕试验中, TiN薄膜在压入深度为200 nm时表现为塑性变形及压痕周围的局部断裂, 随着压入深度的增大, 塑性变形和局部断裂变得越显著, 当最大压入深度达到临界值1000 nm时, 薄膜和衬底间发生了界面断裂. 在划痕实验中, 100 mN及200 mN的最大载荷均可以引起界面断裂. 最大为200 mN的载荷使得薄膜发生界面断裂的位置比用100 mN载荷时的位置提前, 但其临界断裂载荷和100 mN时及压痕实验时的临界界面断裂载荷基本相同.

English Abstract

参考文献 (14)

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