Characterisation of novel metallic films on silicon using nanoindentation

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Das steigende Interesse an porösen Werkstoffentwicklungen führt zu der Notwendigkeit der genaueren Erforschung der Grenzen und Möglichkeiten bei der Materialcharakterisierung. Das gängige Verfahren der E-Modul Ermittlung für poröse Stoffe ist das Ashby-Gibson Modell. Jedoch zeichnen sich hier für poröse Sinterwerkstoffe extreme Abweichungen ab. Im Rahmen dieser Arbeit sollen E-Modul und Härte von gesintertem offen porösen Kupfer auf Silizium mittels Nanoindentierung ermittelt werden bzw. die Grenzen dieses Verfahrens aufgezeigt werden. Weiterführend werden verschiedene Methoden der Oberflächen- und Materialpräparation genutzt um die Nanoindentierung reproduzierbar und nachvollziehbar zu gestalten. Im ersten Schritt wurde hierbei das Material auf sein Indentierungsverhalten geprüft, wobei die optimale Eindringtiefe des Materials ermittelt wurde. Da bei Reinkupfer vor allem die Rauheit den größten Einfluss aufweist, wurde in weiterer Folge der Schwerpunkt auf die Oberflächenpräparationen durch z.B. Feinschleifen, Polieren mittels Pasten, Ionenpolieren und Ätzung gelegt, um die durch die Porosität und Produktion verursachten Rauheiten zu minimieren. Hierbei zeigte lediglich die Methode des OP-S Polierens ein noch vorhandenes Grundgefüge mit verbesserten Indentierungswerten, wobei die normativ vorgeschriebene Grenze für gültige Messwerte nur teilweise erfüllt werden konnte. Daraufhin fokussierte sich die Arbeit auf den Prozess des Infiltrierens der Proben. Hierbei zeigte das Ausgangmaterial auf Silizium keine ausreichende Durchdringung, daher wurden Chargen desselben Charakters ohne Silizium mit unterschiedlichen Porositäten zur Verfügung gestellt. Aus diesen konnten durch Infiltration erfolgreich zwei-Phasen-Komposite hergestellt werden. Nanoindentierungen an diesen Kompositen zeigten stabile Werte mit Schwankungen weit unter 10%. Mittels des Modells von Hashin-Shtrikman (HS) für beschichtete Sphären, konnte aus den gemessenen Moduli ein Zusammenhang mit der vorherrschenden Porosität erstellt werden. Diese HS-Schranken fassen die ermittelten Messwerte erfolgreich ein und sind für die Proben mit homogener Materialstruktur überaus exakt. Somit konnten erfolgreiche Nanoindentierungen durchgeführt werden und ein Voraussagemodell für das Material erlangt werden. Basierend auf den erhaltenen Resultaten werden weitere Arbeiten zur Untersuchung des 3D Aufbaus und Verhalten der Materialstruktur mittels Röntgen Computer- und FIB-Tomographie sowie EBSD ausgeführt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungCharakterisierung von neuen Schichtwerkstoffen auf Silizium mittels Nanoindentierung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung20 Okt. 2017
StatusVeröffentlicht - 2017