Nanoindentation (NI)

La nanoindentation (NI) est un test nanomécanique qui fournit les propriétés mécaniques à partir de mesures de conformité précises. De plus, l'analyse par nanoindentation est particulièrement utile pour mesurer des propriétés telles que le module et la dureté de divers matériaux de forme et de taille. Par exemple, la nanoindentation est utile pour caractériser les films minces semi-conducteurs, les emballages, les alliages avancés, les revêtements de barrière thermique, les polymères viscoélasticité, résistance aux rayures et à l'usure.

Analyse de nanoindentation

La nanoindentation utilise des contacts, où une sonde est poussée dans un solide, tandis que la profondeur de pénétration est enregistrée simultanément avec une résolution quasi atomique. De plus, cette capacité peut réduire le volume de sondage à un ordre de grandeur de 100 nm3, qui permet l'utilisation de modèles de contact mécaniques continus pour extraire des propriétés telles que la dureté et le module pour les films minces et les constituants des microstructures. Les géométries de contact et les méthodes d'essai sont configurables afin que la caractérisation mécanique puisse être étendue aux propriétés de fragilité, d'adhérence, de contrainte-déformation, de rayure, d'usure ou de rigidité structurelle des microstructures.

Théorie de l'indentation instrumentée

Les expériences de nanoindentation sont généralement menées de manière quasi-statique ou dynamique, tandis que les propriétés sont extraites à l'aide de la physique du contact ou de l'oscillateur.

Quasi-statique et dynamique

Exemples de nanoindentation

  • Tout d'abord, une évaluation rapide des wafers ou des films minces sur wafers lors du contrôle qualité
  • Etude des effets lors du développement de processus (par exemple PVD, CVD) dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs
  • Simulation des conditions de contact observables dans des cas d'utilisation pratiques pour analyse d'échec
  • Cartographie de la distribution spatiale des caractéristiques mécaniques sur des matériaux multiphasés
  • Etudier les mécanismes de déformation (élasticité, plasticité, comportement fragile ou transformation de phase)
  • Évaluation précise de la conformité structurelle de microstructures et de particules
  • Obtenir des informations très localisées sur la relation contrainte-déformation d'un matériau
  • Étude des propriétés d'adhésion sur les interfaces de surface et de film mince
  • Obtention de valeurs de propriétés mécaniques précises à utiliser dans la modélisation physique (par exemple, analyse par éléments finis ou analyse analytique)
  • Enfin, une évaluation des propriétés des matériaux visqueux par des essais de fluage et de relaxation, ainsi qu'une analyse mécanique dynamique à l'échelle nanométrique
Nanoindentation du tranchant de la lame de rasoir
Exemple de tranchant de lame de rasoir (rayon quelques-100 nm)

Utilisations idéales de la nanoindentation

  • Premièrement, la caractérisation mécanique quantitative des propriétés des matériaux hautement localisés, y compris la dureté, le module élastique, la ténacité à la rupture, le fluage, la topographie
  • Deuxièmement, obtenir d'autres caractéristiques du matériau, y compris le module de stockage et de perte à partir de l'analyse mécanique dynamique (DMA) à l'échelle nanométrique, l'adhérence des couches minces, l'usure, le frottement et la conformité structurelle

Techniques de chargement avancées

Premièrement, l'indentation quasi-statique :

  • Trapèze
  • Déchargement partiel multiple
  • Stiction
  • Se glisser
  • Grille

Deuxièmement, l'indentation dynamique :

  • Charge variable
  • fréquence variable
  • Raideur continue
  • Cartographie du module

Troisièmement, la nano-rayure :

  • Charge constante
  • Charge progressive
  • Multi-passes à inclinaison corrigée

Enfin, l'imagerie in-situ :

  • Mode de contact
  • (Numérisation) usure

Nos points forts

  • Positionnement de test précis sur des caractéristiques de taille nm-100 faible
  • Caractérisation quantitative de films minces
  • Wafers jusqu'à 6 po analysés intacts
  • Environnement sec et liquide
  • Analyse transversale (y compris préparation interne)
  • Nombreuses applications sans indentation, uniquement conçues sur mesure pour le contrôle et la mesure précis de la force et du déplacement dans des conditions de charge mixte à petite échelle

Limites

  • Premièrement, les limites de taille des échantillons en vrac 4x2x2 pouces
  • Deuxièmement, les mesures de couches minces sous 10 nm d'épaisseur doivent être considérées comme semi-quantitatives
  • Enfin, problèmes potentiels avec des surfaces extrêmement rugueuses

Spécifications techniques de la nanoindentation

  • Modes de contrôle: Force, déplacement
  • Utilisable Min./Max. Charge: <5 nN /> 10 mN
  • Bruit de plancher utilisable / Max. Déplacement: <0.1 nm / >20 m
  • Fréquence d'entraînement d'oscillateur contrôlable: 1 à 300 Hz
  • Porte-échantillons: Vide, magnétique, gravité, serrage mécanique
  • Sondes: Conique, Plat, Berkovich, Cube, tailles et formes personnalisées
  • Résolution latérale: <50 nm

En conclusion, la nanoindentation est un excellent outil pour étudier de nombreuses propriétés mécaniques d'un matériau. Enfin, si vous souhaitez discuter de l'utilisation de notre service de nanoindentation pour votre analyse, veuillez remplir le formulaire pour demander à un expert de vous contacter.

 

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