【13页】外文翻译--超薄HfO2薄膜纳米划痕测试的力学性能研究

纳米划痕实验测量的划痕深度用来评价力学性能。

划痕深度定义为划痕底部到未刮开表面的距离，如图。

获得划痕深度为到。

在沉积膜中，探头正常力为时产生的划痕深度。

接触系统纳米压痕，安捷伦技术，美国形成纳米压痕和计算水平接触表面的氧化铪薄膜的硬度。

在实验过程中，轴位移的灵敏度与从负荷位移曲线的噪声宽度有关系。

薄膜表面通过半径约的金刚石的三角锥形尖端产生划痕。

通过三角锥形的金刚石尖端确定划痕硬度，并与得到的纳米压痕进行比较。

薄膜测试表面的泊松比为。

形的金刚石尖端确定划痕硬度，并与得到的纳米压痕进行比较。

薄膜测试表面的泊松比为。

薄膜表面通过半径约的金刚石的三角锥形尖端产生划痕。

在实验过程中，轴位移的灵敏度与从负荷位移曲线的噪声宽度有关系。

部分内容简介和谐振频率为千赫的针尖。

划痕的平均深度超过的横截面划痕，如图。

通过动态的的接触系统纳米压痕，安捷伦技术，美国形成纳米压痕和计算水平接触表面的氧化铪薄膜的硬度。

在实验过程中，轴位移的灵敏度与从负荷位移曲线的噪声宽度有关系。

薄膜表面通过半径约的金刚石的三角锥形尖端产生划痕。

通过三角锥形的金刚石尖端确定划痕硬度，并与得到的纳米压痕进行比较。

薄膜测试表面的泊松比为。

加载过程中漂移率低于和恒应变速率约。

实验结果与讨论的纳米划痕深度沉积和退火后的氧化铪膜的横截面图像如图，如图像所示为二氧化铪层的沉积样品，主要是嵌入在结构中的非晶态纳米晶体。

图中可以清楚地观察到退火样品结晶铪层。

对于如此沉积的样品，氧化铪层的厚度约和界面层的厚度约。

对于退火的样品，二氧化铪层的厚度为约，这可能是由于厚度沉积均匀性不致和横截面图像边缘测定所造成的。

图表明了和退火薄膜的典型沉积和相应的横截面图片的纳米划痕。

观察沿突起两侧的划痕。

非对称的形锥体的针尖的横截面轮廓形状如图，由于非对称形锥体的的针尖划伤薄膜表面，会在凹划痕集中区域产生非对称突起，划痕右侧的突起高度远小于左侧。

据此前报道，在划伤过程中，磨损碎屑沉积物和塑性变形往往积聚在划痕的两侧，在凹划痕周围形成凸部，。

此外，由于薄膜划痕硬度降低，划痕深度增加，凸部高度也增加。

根据和等人，通过针尖划伤产生的突起高度可以作为划痕深度。

纳米划痕实验测量的划痕深度用来评价力学性能。

划痕深度定义为划痕底部到未刮开表面的距离，如图。

获得划痕深度为到。

在沉积膜中，探头正常力为时产生的划痕深度。

针尖通过氧化铪和层渗透底板。

在下，根据横截面图像，划痕深度为，这是底部的二氧化铪层到界面附近的距离决定的，如图。

对于的退火薄膜，深度为，大约是到氧化铪层的半。

划痕深度随退火温度的增加而下降，表明退火后薄膜硬度随退火温度的增加而增加。

结果表明，氧化铪薄膜的耐磨性随退火温度的增加而增加。

纳米压痕硬度退火引起的薄膜硬度变化是由金刚石锥体探针使用连续硬度测量的方法，测量的纳米压痕进行评价。

在纳米压痕的过程中，随着压痕载荷的增加驱动压头向样品移动。

所施加的压头位移，作为函数连续记录个完整循环的加载和卸载。

沉积和氧化铪薄膜在和下的典型负载循环如图和基于方法得到的硬度如图。

薄膜的退火硬度大于原沉积的膜，并随退火温度的增加而增加。

这观察结果证实了纳米划痕实验得到的测量结果。

由于硬度随退火温度的增加而增加，退火后的氧化铪薄膜难以划伤，样品在较高的退火温度下得到较低的划痕深度。

简谐接触硬度也可以从加载的压痕试验和确定相同相和相的部分反应结果获得。

于图部分。

如图，根据各个相的反应结果推测压痕深度，谐波接触刚度沿各表面等效压痕深度测量。

在第个大约的压痕中，接触硬度很大程度上受纳米压痕前端与最外层的超薄薄膜充分接触的影响。

因此，根据线性拟合，沿均匀性薄膜的渗透硬度得到的位移的范围为至和为。

这表明，薄膜的结构在深度方向上有多层或梯度非均匀。

第个区域的曲线特征为谐波与硬度的联系，该区域包括的层以及薄的层。

在压头到达基板的谐波接触的剩余部分硬度可以用条直线来表示。

然而，根据梯度结构膜后面的分析将会显示和基板可以看出，和的测量压痕接口之间没有明确的分离点。

通过分析薄膜的化学成分简谐接触硬度表面薄膜的均匀性随深度变化。

要检查退火引起的结构变化，通过射线光电子能谱深度对薄膜进行化学分析。

图表明通过退火薄膜的和硅元素的浓度评估中离子溅射时间。

应当指出的是，溅射过程会产生物理和化学反应，从而改变溅射前的组成。

如先前所报道，在薄膜的的混合物内形成高能离子。

此外，在薄膜中优的混合物内形成高能离子。

此外，在薄膜中优先溅射会导致，和硅元素溅射速率的变化，。

例如，已经发现，铪会导致表面分离和屏蔽溅射过程中的硅原子，从而降低溅射率。

这可能会大大降低薄膜在基板上的溅射速率。

薄膜的元素组成也可以受到影响。

例如，浓度随着溅射时间增加会导致层的氧的优先溅射。

从表面的顶部的第个秒的溅射时间内，相对应和的原子百分比，在该地区硅是不存在的，如图。

这表明的氧化铪是该层的主要成分。

溅射后，在和浓度随溅射时间的增加而减少，而浓度增加在超过。

当离子溅射离开这层时，较长的衰减会导致进入基板时的优先溅射。

然而，它也表明，结构，形成的溅射时间为秒。

通过在无离子溅射过程中使用的角分辨已观察到的界面结构，。

图表明和层之间广泛的界面层形成具有复杂结构的。

，因此，组成薄膜的层状结构，为层和从顶部向底部的基板。

层的厚度随着退火温度的增加而增加，这是因为退火过程中会产生硅酸盐，。

谐波接触刚度型材的层状结构和扩大的层中也观察到纳米压痕测量曲线。

结论在标准厚度为，相应的两个退火温度下，用原子力显微镜和垂直敏感纳米压痕分别测试超薄氧化铪薄膜的耐磨损性和压痕硬度。

实验结果表明，在退火过程中形成铪结晶相和复杂的化合物，这是由于热扩散在界面处形成。

因此，薄膜的纳米压痕硬度随着的层的增加而增加，随着退火温度的增加而增加，这是由于的硬度比铪大。

因此，退火薄膜纳米划痕深度随退火温度增加而降低，表面硬度由测量和纳米硬度由纳米压痕测量随退火温度增加而增加。

参考文献，附录译文原件附录译文超薄薄膜纳米划痕测试的力学性能研究摘要测试的原子沉积薄膜的耐磨性和压痕硬度，从而研究退火对其力学性能影响。

超薄片在低负荷时的耐磨损性能是通过原子力显微镜的纳米划痕试验测量。

纳米划痕的深度随退火温度升高而降低，这表明退火后薄膜的硬度随退火温度的升高而增加。

通过纳米划痕试验产生表面压痕。

退火后的薄膜硬度变化的主要原因是由于退火产生了。

射线光电子能谱测量证明，的硬度随退火温度的升高而增加。

存在的扩大了界面，使界面层的厚度的增加。

因此，表面硬度随退火产生的的增加而增加。

关键词薄膜纳米压痕原子力显微镜纳米压痕。

介绍在半导体产业中，为了以较低的成本获得良好的功能和性能，晶体管的沟道长度和栅介电层厚度等特征尺寸被要求不断缩小。

二氧化铪由于其具有相对