基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

• 作者: 北村隆行 澄川贵志 闫亚宾
• 来源期刊: 中国科学（物理学 力学 天文学）
• 关键词: 纳米尺度 聚焦离子束系统 透射电子显微镜 界面 裂纹启裂 薄膜
• 年，卷（期）: 2014,（6）
• 所属期刊栏目: 固体力学
• 页码范围: 593-598
• 页数: 6页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/132013-334

摘要

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.