Development of mechanical characterization methods for thin films and interfaces: “God created matter, surfaces were invented by devil” – Wolfgang Pauli

Julkaisun otsikon käännös: Mekaanisten karakterisointimenetelmien kehitys ohutkalvoille ja rajapinnoille

Jussi Aav

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Ohutkalvojen ja pinnoitteiden todennäköisesti tärkein ominaisuus on niiden adheesio käytettyyn substraattiin. Jotta voidaan havaita adheesioon liittyviä ongelmia mahdollisimman nopeasti, on erittäin tärkeää ymmärtää kiinnipysyvyyteen vaikuttavat tekijät. Lisäksi tarvitaan soveltuvia kvantitatiivisia karakterisointimenetelmiä, jotta voidaan rakentaa luotettavia laitteita. Monissa perinteisissä testausmenetelmissä substraattiin kohdistetaan merkittävää kuormitusta, joka voi johtaa ongelmiin, kuten substraatin hajoamiseen ennen pinnoitteen irtoamista erityisesti hauraiden substraattien tapauksessa. Yhä ohuempien pinnoitteiden ja näiden rajapintojen mekaanisten ominaisuuksien karakterisointi on haastavaa ja näiden tutkimiseksi tarvitaan menetelmäkehitystä. Tässä väitöskirjassa esitellään kolme pinnoitteiden ja rajapintojen mekaanista mittausmenetelmää, joissa substraattiin kohdistuva kuormitus on minimoitu. Menetelmät soveltuvat erityisesti atomikerroskasvatettujen (ALD) pinnoitteiden tutkimiseen: (i) Mikroelektromekaanisia menetelmiä (MEMS) hyödyntävä palkki-kuormitettu rakkulakoe, jossa ohutkalvon kuormitus tapahtuu takaapäin substraatissa olevan reiän läpi, (ii) mikrorobotiikka hyödyntävä ohutkalvon sisään upotettujen mikropallojen sivuttainen kuormituskoe ja (iii) yhdistetty nanonaarmutus- ja pyyhkäisevä nanokulutuskoe, jossa substraattiin kohdistuvan kuormituksen vuorovaikutustilavuus on minimoitu. Adheesion ja koheesion suhde kilpailevina prosesseina ohutkalvojen ja substraatin murtuessa osoitetaan: kun systeemiä kuormitetaan, energia vapautuu sieltä missä vastustus on pienin. Tämä tapahtuu joko (i) plastisena muodonmuutoksena, (ii) pinnoitteen murtumisena tai (iii) delaminaationa. Usein systeemiin kohdistettu kuormitus relaksoituu yhdistelmänä näitä kolmea mekanismia ellei joku mekanismi ole dominoiva. Esitellyt karakterisointimenetelmät ovat enimmäkseen geneerisiä ja niitä voidaan soveltaa lähes minkä tahansa materiaalien välisten rajapintojen ja mekaanisten ominaisuuksien, kuten adheesion, tutkimiseen tietyin rajoituksin. Näiden menetelmien kvantitatiivinen luonne mahdollistaa ohutkalvojen ja rajapintojen ominaisuuksien syvällisemmän ymmärryksen, jotta voidaan kehittää parempia pinnoitteita sekä näitä hyödyntävien tuotteiden ja prosessien laatua. Väitöskirjan tärkein anti on uusien potentiaalisten ja monipuolisten tutkimusmenetelmien esittely. Erityisesti MEMS testirakenteet joko yksinään tai yhdistettynä mikroroboottisiin testausjärjestelmiin voivat olla ratkaisu kehitettäessä uusia räätälöityjä mekaanisia karakterisointimenetelmiä täyttämään teollisuuden ja tutkimuksen nykyisiä ja tulevia tarpeita.
Julkaisun otsikon käännösMekaanisten karakterisointimenetelmien kehitys ohutkalvoille ja rajapinnoille
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Koskinen, Jari, Vastuuprofessori
  • Koskinen, Jari, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8654-5
Sähköinen ISBN978-952-60-8655-2
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • mekaaniset karakterisointimenetelmät
  • ohutkalvot
  • pinnoitteet
  • rajapinnat
  • ALD

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Mekaanisten karakterisointimenetelmien kehitys ohutkalvoille ja rajapinnoille: “God created matter, surfaces were invented by devil” – Wolfgang Pauli'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä