原子力显微镜用于微机械薄膜机械性能的测量

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1、ProceedingsoftheIMechE,PartC:JournalofMechanicalEngineeringScience,Vol.221,2007,pp.259-266AninvestigationofnanoindentationtestsonthesinglecrystalcopperthinfilmviaanAFMandMDsimulation1*21DehongHuo,YingchunLiang,KaiCheng1SchoolofEngineeringandDesign,BrunelUniversity,Uxbridge,Middlesex,

2、UB83PH,UK2PrecisionEngineeringResearchInstitute,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,ChinaAbstract:Nanoindentationtestsperformedinanatomicforcemicroscopehavebeenutilizedtodirectlymeasurethemechanicalpropertiesofsinglecrystalmetalthinfilmsfabricatedbythevacuumvapordepositiontechni

3、que.Nanoindentationtestswereconductedatvariousindentationdepthstostudytheeffectofindentationdepthsonthemechanicalpropertiesofthinfilms.TheresultswereinterpretedbyusingtheOliver-Pharrmethodwithwhichdirectobservationandmeasurementofthecontactareaarenotrequired.Theelasticmodulusofthesin

4、glecrystalcopperfilmatvariousindentationdepthswasdeterminedas67.0±6.9GPaonaveragewhichisinreasonableagreementwiththeresultsreportedbyothers.Theindentationhardnessconstantlyincreaseswithdecreasingindentationdepth,indicatingastrongsizeeffect.Inadditiontotheexperimentalwork,athree-dimen

5、sionalnanoindentationmodelofmoleculardynamics(MD)simulationswithembeddedatommethod(EAM)potentialisproposedtoelucidatethemechanicsandmechanismsofnanoindentationofthinfilmsfromtheatomisticpointofview.MDsimulationsresultsalsoshowthatduetothesizeeffecttheplasticdeformationviaamorphoustra

6、nsformationismorefavorablethanviathegenerationandpropagationofdislocationsinnanoindentationofsinglecrystalcopperthinfilms.Keywords:Mechanicalproperties,Thinfilm,Nanoindentation,Atomicforcemicroscope,Moleculardynamics1ProceedingsoftheIMechE,PartC:JournalofMechanicalEngineeringScience,

7、Vol.221,2007,pp.259-2661INTRODUCTIONThinfilmmaterialshavebeenwidelyemployedinmanyfieldssuchasmicroelectronics,micro-electro-mechanicalsystems,opticaldevicesandmagneticstorageequipment[1-6].Theirmechanicalproperties,whichmightdifferfromthoseofbulkmaterialswiththesamecomposition,haveav

8、italeffecton

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