纳米尺度金属薄膜在拉伸状态下的稳定性.docx

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2025-02-26 发布于山东
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第19卷第9期2011年9月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.19No.9Sep.2011

文章编号1004-924X(2011)09-2293-07

纳米尺度金属薄膜在拉伸状态下的稳定性

郭振山，王世斌*,李林安，贾海坤，门玉涛，何巍

(天津大学力学系，天津300072)

摘要：将薄膜和基底作为一个基本结构来研究薄膜的变形和损坏可预测纳米薄膜器件的使用寿命。本文讨论和研究了薄膜基底结构在拉伸载荷下薄膜出现的分叉和断裂的过程。用在相同厚度的PET基底上沉积不同厚度铝膜的薄膜基底结构作为试件，分别对薄膜厚度为100,150和200nm的3种不同试件进行了拉伸加载实验，并在OLYMPUS显微镜下观察了薄膜表面的变化情况。分析和对比结果表明：随着薄膜厚度的增加，薄膜出现分叉现象的失效应变也随着增大；当薄膜表面出现裂纹时，裂纹密度的大小取决于薄膜的厚度和加载应变的大小。

关键词：纳米薄膜；金属薄膜；分叉；断裂；拉伸；微机电系统

中图分类号：0484.1文献标识码：Adoi:10.3788/OPE2293

Stabilityofnano-scalethinmetalfilmsundertension

GUOZhen-shan,WANGShi-bin*,LILin-an,JIAHai-kun,MENYu-tao,HEWei

(MechanicsDepartment,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)*Correspondingauthor,E-mail:shbwang@

Abstract:ThispaperpresentsabasicstructurecombinedwithafilmandasubstratetoinvestigatethedamageanddeformationofthinfilmsandtopredictthelifetimeofMEMS.Thebifurcationandfrac-tureofthinfilmsunderatensiveloadweredeterminedbyanexperimentwherethefilm/substratestructurewasusedasthespecimen.Thesubstratewasadepositedaluminiumfilmwithdifferentthicknessesof100,150and200nm.Thentheexperimentwasinitiatedusingourdesignedloadingde-vice.AnOLYMPUSmicroscopewasusedtoobservethechangeofthetopographyofthefilmsur-face.Thedestructionofthefilmandthecorrespondingsizesoftheloadanddisplacementwererecor-ded.Finally,theeffectsoffilmthicknessonbifurcationandfracturewereobtainedbycomparingex-perimentalresults.Theseshowthattherelevantrupturestrainincreaseswiththefilmthicknessandthecrackdensityalongtheloadingdirectiondependsonthethicknessofthefilmandthefailurestainwhentherearecracks