Stress relaxation in thin films due to grain boundary diffusion and dislocation glide

Promotie: dhr. C. Ayas, 11.00 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Stress relaxation in thin films due to grain boundary diffusion and dislocation glide

Promotor(s): prof.dr.ir. E. van der Giessen

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Relaxatiemodellen in dunne films

Dunne metallische films worden op grote schaal toegepast in elektronica en andere moderne toestellen. Hoewel hun rol primair elektronisch is, spelen de mechanische eigenschappen van deze films een belangrijke rol in de betrouwbaarheid en duurzaamheid van deze apparaten.

Het proefschrift van Can Ayas handelt over het niet-elastisch gedrag van films met een dikte van een micrometer of kleiner die zijn gegroeid op een siliciumsubstraat. Het gaat hierbij voornamelijk om de relaxatie van thermische en intrinsieke, door de groei ontstane spanningen in de film door middel van dislocatie-plasticiteit in korrels en diffusie langs korrelgrenzen. Deze verschijnselen worden zowel bestudeerd met nieuw ontwikkelde modellen uit de dislocatiedynamica als met met nieuwe continuümmodellen. In het geval dat spanningsrelaxatie uitsluitend optreedt door korrelgrensdiffusie laten de berekeningen zien dat relaxatie efficiënter is naarmate korrels kleiner zijn. Wanneer dislocatie-plasticiteit optreedt binnen de korrels, heeft de korrelgrootte een vergelijkbaarheid effect,maar wordt het relaxatieproces tegelijk bemoelijkt omdat kleine korrels de bewegingsvrijheid van dislocaties beperken en daarmee leiden tot versteviging.

De ontwikkeling van intrinsieke spanningen tijdens depositie wordt bepaald door de competitie tussen de effectiviteit van spanningsrelaxatie en de aangroeisnelheid van de fim. Berekeningen laten zien dat de hoogste compressieve spanningen ontstaan in fijnkorrelige microstructuren tijdens langzame groei.

De resultaten zijn verkregen met twee typen computerberekeningen. Naast een continuümtheorie voor korrelgrensdiffusie is een numerieke methode ontwikkeld, die gebruik maakt van een representatie van diffusie middels discrete dislocaties. Dit maakt het mogelijk om beide verschijnselen te koppelen in één simulatie.

Can Ayas (Turkije, 1980) studeerde materiaalkunde aan de Middle East Technical University. Ayas gaat verder in het onderzoek als postdoc bij de TU Eindhoven.