Original title: Stanovení modulu pružnosti v tahu tenké vrstvy - numerická analýza zkoušky mikrokompresního vzorku a "bulge testu"
Translated title: Determination of elastic modulus of thin layer - numerical study of microcompressive test and the bulge test
Authors: Petráčková, Klára ; Pokorný, Pavel (referee) ; Náhlík, Luboš (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2013
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Zjišťování mechanických vlastností velmi tenkých vrstev je poměrně obtížné. Všechny používané metody jsou zatíženy buď obtížnou interpretací naměřených dat nebo komplikovanou přípravou experimentálních vzorků. Pro lepší porozumění výslednému experimentálnmu záznamu lze využít simulace MKP. Předložená diplomová práce se zabývá numerickým modelováním dvou způsobů, jak tenké vrstvy zkoušet, a to mikrokompresní zkouškou a tzv. „bulge testem”. V případě mikrokompresní zkoušky jde o přípravu malých válcových vzorků (tzv. pilířků) z tenké hliníkové vrstvy napařené na křemíkovém substrátu pomocí „obrábění“ fokusovaným iontovým svazkem (FIB) v SEM. Následně jsou tyto pilířky zatěžovány v tlaku nanoindentorem s „plochým“ diamantovým hrotem. Cílem práce je pomocí simulací a výpočtů identifikovat faktory, jenž ovlivňují experimentální záznam, a tak stanovit přesnější odhad modul pružnosti v tahu hliníkové vrstvy. Druhá část předložené práce se zabývá numerickým modelováním bulge testu. Vrstva SiNx je namáhána tlakem tak, aby došlo jejímu vyboulení. Při namáhání dochází ve vrstvě ke stavu dvojosé napjatosti, což komplikuje vyhodnocení mechanických vlastností. Cílem této analýzy bylo ukázat, zda-li je možné proces testování spolehlivě numericky modelovat. Dále bylo stanoveno reziduální napětí ve vrstvě, jenž vzniká v důsledku přípravy vzorku. Výsledky zde prezentované mohou přispět k rozvoji v oblasti zkoušení tenkých vrstev. Determination of mechanical properties of very thin films is rather difficult task as all of currently using testing techniques have some weakness. This master’s thesis deals with microcompressive test and bulge test. Finite element simulations of the two methods were carried out in order to better understanding of experimental record. Microcompression combines the sample preparation with the use of focused ion beam (FIB) with a compression test carried out using nanoindenter. Cylindrical specimens (pillars) were prepared from Al film deposited on Si substrate using FIB. Experimentally measured data on pillars needs correction to obtain undistorted material properties of Al thin film. A necessary correction using FE modeling is suggested in the thesis. Second part of the work is focused on modeling of bulge test. Pressure is applied on freestanding SiNx film while deflection of the film is measured. Stress state in the film is biaxial making determination of mechanical properties of the film more complicated. The goal is to present how to model the whole problem. In addition, preparation of the specimens was simulated to estimate residual stress in the film. The paper contributes to a better characterization of very thin surface layers and determination of their mechanical properties.
Keywords: bulge test; micro-compression test; nanoindentation; stress-strain analysis; Thin layers; bulge test; mikrokompresní zkouška; nanoindentace; napěťově-deformační analýza; Tenké vrstvy

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/27170

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-230777


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses