Введение
1. Обзор современных представлений о механизмах деформации и разрушения тонкопленочных структур под действием механических напряжений .19
1.1. Механизмы развития напряжений в системе пленка-подложка 19
1.1.1. Напряжения несоответствия в эпитаксиальных пленках .19
1.1.2. Внутренние напряжения в поликристаллических пленках 23
1.1.3. Факторы, оказывающие влияние на возникновение внутренних напряжений в тонких пленках .38
1.1.4. Напряжения, развивающиеся в тонкопленочных структурах при внешних воздействиях .45
1.2. Деформация и разрушение тонкопленочных структур под действием механических напряжений 54
1.2.1. Механизмы деформации и разрушения тонких пленок и покрытий под действием растягивающих напряжений .55
1.2.2. Механизмы деформации и разрушения тонких пленок и покрытий под действием сжимающих напряжений 76
1.3. Заключение по разделу 1 101
2. Деформация и разрушение тонкопленочных структур при термическом воздействии .103
2.1. Металлические пленки на кремниевой подложке 103
2.1.1. Распад тонких пленок Ag в процессе термического отжига 103
2.1.2. Деградация тонких пленок Cu в зависимости от температуры осаждения, температуры отжига и материала промежуточного подслоя 105
2.1.2.1. Пленки Cu, нанесенные на неподогретые подложки Si (100) без промежуточного подслоя .106
2.1.2.2. Пленки Cu, нанесенные на неподогретые подложки Si (100) с промежуточным подслоем Сr или Ta 107
2.1.2.3. Пленки Cu, нанесенные при температуре 200 С на подложки Si (100) с промежуточным подслоем Сr или Ta .111
2.1.2.4. Пленки Cu, нанесенные при температуре 200 С на подложки Si (111) с промежуточным подслоем Ag 117
2.1.2.5. Обсуждение результатов 120
2.2. Металлические пленки на кремниевой подложке с
промежуточным полимерным подслоем 128
2.2.1. Вязкоупругое гофрирование композиции
пленка Al – подслой полистирола 129
2.2.1.1. Отжиг системы Al/PS/Si при температуре 110 С .130
2.2.1.2. Отжиг системы Al/PS/Si при температуре 150 С .133
2.2.1.3. Отжиг системы Al/PS/Si при температуре 180 С .137
2.2.2. Вязкоупругое гофрирование композиции пленка Cu – подслой полиимида 139
2.2.2.1. Определение температуры стеклования полиимида .140
2.2.2.2. Отжиг системы Cu/PI/Si в вакууме .141
2.2.2.3. Отжиг системы Cu/PI/Si на воздухе 141
2.2.3. Обсуждение результатов 145
2.3. Оксидные пленки на поверхности алюминиевых сплавов АМГ2 и 1570 .158
2.3.1. Термическое оксидирование сплавов АМГ2 и 1570 в состоянии поставки .159
2.3.2. Термическое оксидирование отожженных сплавов АМГ2 и 1570 161
2.3.3. Обсуждение результатов 164
2.4. Термоциклирование керамических покрытий на основе Al-Si-N .170
2.4.1. Растрескивание и скалывание покрытий Al-Si-N
на подложке Cu при изотермическом отжиге .171
2.4.2. Влияние предварительной ионной обработки подложки Cu на разрушение покрытий Al-Si-N .178
2.4.3. Обсуждение результатов 180
2.5. Заключение по разделу 2 186
3. Деформация и разрушение металлических пленок и керамических покрытий при механическом нагружении .191
3.1. Деформация и разрушение пленок и покрытий при одноосном растяжении 191
3.1.1. Керамические покрытия Al-Si-N на подложке Cu .191
3.1.1.1. Влияние наноструктурирования подложки Сu на микроструктуру, фазовый состав и механические характеристики покрытий Al-Si-N 193
3.1.1.2. Растрескивание и отслоение покрытий Al-Si-N на исходной подложке Cu и подложке, подвергнутой предварительной ионной обработке 196
3.1.2. Металлические пленки на полипропиленовой подложке .201
3.1.2.1. Пленки Ti 201
3.1.2.2. Пленки Cu .202
3.1.3. Обсуждение результатов 203
3.2. Деформация и разрушение тонких пленок и покрытий при испытаниях на знакопеременный изгиб .217
3.2.1. Закономерности коробления пленок Ti на подложках Ti и Al .217
3.2.2. Коробление и растрескивание покрытий Al-Si-N на подложке Cu 220
3.2.3. Обсуждение результатов 222
3.3. Заключение по разделу 3 .230
4. Деформация и разрушение металлических и керамических покрытий в процессе трибологических испытаний 233
4.1. Гальванические покрытия на основе золота 233
4.1.1. Морфология поверхности покрытий Au-Ni и Au-Co 233
4.1.2. Остаточные напряжения и упругие свойства покрытий Au-Ni и Au-Co 236
4.1.3. Многопроходное царапание гальванических покрытий Au-Ni и Au-Co 241
4.1.4. Трибологические испытания покрытий на основе золота в условиях сухого трения 246
4.1.4.1. Контактное взаимодействие контртела и покрытия 247
4.1.4.2. Пластическое оттеснение материала покрытий 249
4.1.4.3. Формирование частиц износа 255
4.1.4.4. Образование слоя переноса на контртеле и его роль в процессах изнашивания 258 4.1.4.5. Отслаивание фрагментов покрытия по границе раздела покрытие/подслой 262
4.1.4.6. Количественная оценка изнашивания гальванических покрытий на основе золота с помощью фрактального анализа 267
4.2. Покрытия Ti-Al-N 269
4.2.1. Методика эксперимента .270
4.2.2. Микроструктура и механические свойства покрытий Ti-Al-N 271
4.2.3. Деформация и разрушения покрытий при царапании индентором .273
4.3.4. Обсуждение результатов 276
4.3. Многослойные композиционные покрытия на основе систем Zr-Y-O/Al-Si-N 280
4.3.1. Методика эксперимента .281
4.3.2. Микроструктура и механические свойства керамических покрытий 283
4.3.3. Изнашивание покрытий 285
4.3.4. Обсуждение результатов 288
4.4. Заключение по разделу 4 .294
5. Деградация тонкопленочных проводников при пропускании электрического тока высокой плотности 297
5.1. Пленки Ag 298
5.2. Пленки Au .305
5.2.1. Деградация пленок Au с промежуточным диэлектрическим подслоем 305
5.2.2. Деградация пленок Au без подслоя 310
5.3. Джоулево тепло и процессы электромиграции как основные факторы, обусловливающие разрушение тонких металлических пленок при пропускании электрического тока 315
5.4. Вязкость электронного газа как одна из причин деградации тонких проводящих пленок .321
5.5. Численное описание эволюции топографии поверхности тонких пленок при пропускании электрического тока c с помощью фрактального анализа 324
5.6. Заключение по разделу 5 327
Заключение 329
Список литературы .3
