超薄Ag纳米薄膜原位纳米压痕力学性能表征
发布时间：2022-07-14 19:32
纳米薄膜的光学、电学、磁学、超导等很多物理性能不同于传统的块体材料,这些与众不同的特性在现代工业领域有着极为重要的作用,而且应用十分广泛,比如薄膜传感器、薄膜太阳能电池和平板显示器件等。随着元器件朝向精密化、智能化,高密度、高集成的方向发展,其对纳米薄膜尺度的要求越来越高,已由之前的微米级别转为纳米尺度,并对其性能的要求也愈加苛刻,需要借助精密仪器和合适的模型进行研究。本文研究的对象是100nm左右的超薄银薄膜。实验借助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,采用球形针尖对超薄纳米银薄膜进行了纳米压入测试,并通过考虑粘附力的DMT模型和消除基底效应的King修正模型得到超薄银薄膜最为真实的力学性能,其研究结果如下:（1）利用SEM-SPM联合测试系统,基于DMT模型和King修正模型,对比研究了高真空和空气环境下单晶硅片上厚度分别为60,90,120,180nm的超薄银薄膜的弹性模量。相同压入比下,两种测试环境下超薄银薄膜弹性模量与膜厚无关,也没有展现出明显的尺寸效应;压入比从0.1到0.3之间,空气中湿度会使得这个阶段的模量测试结果偏大;压入比处于0.3到0...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 纳米薄膜材料
1.2.1 纳米薄膜材料的简介
1.2.2 纳米薄膜材料的性质
1.2.3 纳米薄膜材料的应用发展
1.3 纳米薄膜材料力学性能表征
1.3.1 纳米薄膜材料力学性能表征的意义
1.3.2 纳米薄膜材料力学性能表征的发展现状
1.3.3 纳米薄膜材料力学性能表征存在的问题
1.4 本课题研究的主要内容
第二章 实验仪器
2.1 引言
2.2 实验仪器介绍
2.2.1 Quanta250扫描电子显微镜
2.2.2 布鲁克原子力显微镜
2.2.3 SEM-SPM联合测试系统
2.2.4 白光干涉仪
2.2.5 磁控溅射仪
2.3 本章小结
第三章 实验测试方法
3.1 纳米压痕技术
3.2 实验计算方法
3.2.1 Herz接触理论
3.2.2 O-P计算方法
3.2.3 Sneddon计算方法
3.2.4 DMT模型
3.2.5 JKR模型
3.2.6 King修正模型
3.3 本章小结
第四章 超薄纳米银薄膜在高真空和大气环境下力学表征
4.1 引言
4.2 超薄银纳米薄膜的制备
4.3 银薄膜结构表征
4.4 超薄银纳米薄膜的力学性能表征
4.4.1 超薄银纳米薄膜的压痕实验过程
4.4.2 超薄银纳米薄膜的弹性模量测试结果
4.4.3 水汽对银薄膜弹性模量影响的机理分析
4.5 本章小结
第五章 表面粗糙度对超薄纳米银薄膜力学性能的影响
5.1 引言
5.2 实验步骤
5.2.1 超薄纳米银薄膜的制备
5.2.2 膜厚测量
5.2.3 表面粗糙度统计
5.3 超薄银纳米薄膜的力学性能表征
5.3.1 超薄银纳米薄膜的压痕实验过程
5.3.2 超薄银纳米薄膜力学性能分析(Bruker-AFM)
5.4 超薄银纳米薄膜的力学性能分析(SEM-SPM和Bruker-AFM)
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间所发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米压痕和划痕法测定TiO2纳米薄膜的力学性能[J]. 龙东平,薛建荣,晏智鑫. 表面技术. 2015(06)
[2]热处理温度对镀镍钴钢带拉伸变形行为的影响(英文)[J]. 张敏捷,潘勇,周兆锋,李玮,惠建科,雷维新. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(07)
[3]银纳米薄膜在室温大气条件下的氧化机理[J]. 杨晓东,赵青南,韩宾,赵修建. 硅酸盐学报. 2008(07)
[4]梁三点弯曲法测量薄膜弹性模量[J]. 任凤章,周根树,赵文轸,郑茂盛. 稀有金属材料与工程. 2004(01)
硕士论文
[1]Ag薄膜表面粗糙度的研究[D]. 宫云志.四川师范大学 2015
[2]基于SEM/SPM集成系统的原位薄膜纳米压痕研究[D]. 杜圆明.太原理工大学 2014
本文编号：3661742
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 纳米薄膜材料
1.2.1 纳米薄膜材料的简介
1.2.2 纳米薄膜材料的性质
1.2.3 纳米薄膜材料的应用发展
1.3 纳米薄膜材料力学性能表征
1.3.1 纳米薄膜材料力学性能表征的意义
1.3.2 纳米薄膜材料力学性能表征的发展现状
1.3.3 纳米薄膜材料力学性能表征存在的问题
1.4 本课题研究的主要内容
第二章 实验仪器
2.1 引言
2.2 实验仪器介绍
2.2.1 Quanta250扫描电子显微镜
2.2.2 布鲁克原子力显微镜
2.2.3 SEM-SPM联合测试系统
2.2.4 白光干涉仪
2.2.5 磁控溅射仪
2.3 本章小结
第三章 实验测试方法
3.1 纳米压痕技术
3.2 实验计算方法
3.2.1 Herz接触理论
3.2.2 O-P计算方法
3.2.3 Sneddon计算方法
3.2.4 DMT模型
3.2.5 JKR模型
3.2.6 King修正模型
3.3 本章小结
第四章 超薄纳米银薄膜在高真空和大气环境下力学表征
4.1 引言
4.2 超薄银纳米薄膜的制备
4.3 银薄膜结构表征
4.4 超薄银纳米薄膜的力学性能表征
4.4.1 超薄银纳米薄膜的压痕实验过程
4.4.2 超薄银纳米薄膜的弹性模量测试结果
4.4.3 水汽对银薄膜弹性模量影响的机理分析
4.5 本章小结
第五章 表面粗糙度对超薄纳米银薄膜力学性能的影响
5.1 引言
5.2 实验步骤
5.2.1 超薄纳米银薄膜的制备
5.2.2 膜厚测量
5.2.3 表面粗糙度统计
5.3 超薄银纳米薄膜的力学性能表征
5.3.1 超薄银纳米薄膜的压痕实验过程
5.3.2 超薄银纳米薄膜力学性能分析(Bruker-AFM)
5.4 超薄银纳米薄膜的力学性能分析(SEM-SPM和Bruker-AFM)
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间所发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米压痕和划痕法测定TiO2纳米薄膜的力学性能[J]. 龙东平,薛建荣,晏智鑫. 表面技术. 2015(06)
[2]热处理温度对镀镍钴钢带拉伸变形行为的影响(英文)[J]. 张敏捷,潘勇,周兆锋,李玮,惠建科,雷维新. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(07)
[3]银纳米薄膜在室温大气条件下的氧化机理[J]. 杨晓东,赵青南,韩宾,赵修建. 硅酸盐学报. 2008(07)
[4]梁三点弯曲法测量薄膜弹性模量[J]. 任凤章,周根树,赵文轸,郑茂盛. 稀有金属材料与工程. 2004(01)
硕士论文
[1]Ag薄膜表面粗糙度的研究[D]. 宫云志.四川师范大学 2015
[2]基于SEM/SPM集成系统的原位薄膜纳米压痕研究[D]. 杜圆明.太原理工大学 2014
本文编号：3661742
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