基于原子力显微镜的薄膜原位压痕力学性能研究

作     者：杜圆明 张跃飞 张长辉 刘燕萍 Du Yuanming;Zhang Yuefei;Zhang Changhui;Liu Yanping

作者机构：太原理工大学山西太原030024 北京工业大学北京100124 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2015年第44卷第8期

页      面：1959-1963页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 0806[工学-冶金工程] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助(11374027) 北京市教委重点基金(KZ201010005002) 

主　　题：原子力显微镜 纳米压痕 硬度 弹性模量 

摘      要：基于原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)建立了一套原位纳米压痕测试系统。该系统可以实现控制带有金刚石(Cube corner)压头的AFM微悬臂梁对样品进行压入实验,并得到载荷-位移曲线,同时可以对压痕过程进行原位SEM实时观察。发展了一种基于AFM微悬臂梁加载和原位SEM压痕图像分析的力学性能测试方法,通过测量压入最大载荷和原位SEM测量压痕残余面积得到塑性薄膜的硬度和弹性模量。利用此方法对磁控溅射硅衬底上纳米晶银薄膜进行了压痕实验,并与Nanoindenter G200型纳米压痕仪实验进行对比研究。结果表明,原位AFM压痕方法具有高的载荷和位移分辨率,可以实现纳牛至微牛级的压痕实验,通过测量压痕面积得到塑性薄膜的硬度值,减小了使用Oliver-pharr方法中软膜硬基底上凸起(Pile-up)效应的影响,计算结果也具有好的测试精度和可靠性。