[00116451]薄膜力学性能表征与评价

薄膜材料和薄膜器件日益广泛的应用及其可靠性指标体系的日益健全，要求学术界对其结构和性能的特殊性给出科学解释，随着材料尺寸减小和低微化，在介观尺度下材料性能所“感觉到”到的表面和界面效应（如超薄薄膜的膜厚效应），以及层状材料所“感觉到”到的弹塑性甚至蠕变性能的异质界面约束效应，大多基于实验观测，故正确的实验方法和性能表征显得十分重要。该项目针对微电子和微器件领域具有先进性和典型性的膜/基材料体系及其应用，提出相应的力学性能基本表征参量及实验准则，特别是围绕超薄薄膜和纳米多层薄膜的持续变形、延迟剥落、局部开裂等问题，研究和确定恰当的力学性能表征参量，建立和完善相应的测试方法和技术规范。着重研究薄膜的纳米硬度、屈服强度、蠕辨应力指数、结合强度等薄膜结构参量的影响，建立基于纳米压入技术的力学性能表征与评价方法；形成了基于位错理论和能量观点的薄膜塑性及蠕变行为的物理模型和分析方法；提出了表面能和界面能对薄膜力学行为存在强约束、晶粒取向与薄膜应力存在强关联、压痕蠕变机理与压痕尺寸效应、薄膜结合强度存在划擦加载剥落和卸载剥落两类判据等新观点。揭示出基于小波分析和动力学标度的表面完整性参量与薄膜的若干特征组织性能参量可能存在量化关系，以及纳米多层膜硬度的双尺寸依赖性等物理机制。相关成果为薄膜材料力学行为和薄膜器件服役性能研究奠定了良好基础。