Mechanical reliability of aluminum nitride thin films

Abstract

The purpose of this Master's Thesis is to study the mechanical reliability of aluminum nitride thin films. This is done by measuring the relevant mechanical properties of the thin films through use of the bulge test.

The Young's moduli, residual stresses, ultimate tensile strengths and fracture toughness of AlN thin films are measured. A fatigue cycling experiment is conducted in order to study the effects of cyclic loading on these films.

The measurements are conducted on films of two thicknesses produced by sputtering (54 and 220 nm) and on a 126 nm film deposited with MOVPE.

The implications of the results are analyzed in detail with an error analysis, and the way these material properties can be used in design for reliability is presented.

Tämän diplomityön tarkoitus on tutkia alumiininitridi-ohutkalvojen mekaanista luotettavuutta. Tutkimus on toteutettu mittaamalla bulge test-testimetodin avulla näiden ohutkalvojen relevantit mekaaniset ominaisuudet.

Alumiininitridi-ohutkalvojen kimmokertoimet, jäännösjännitteet, murtolujuudet ja murtositkeydet on mitattu. Kalvojen väsymisominaisuuksia tutkittiin syklitystestillä.

Mittaukset on tehty kahdella eri pinnoitustekniikalla (sputterointi ja MOVPE) tuotetuille kalvoille. Testatut sputteroidut kalvot ovat 54 nm ja 220 nm paksuja, ja MOVPE-kalvot 126 nm paksuja.

Tuloksien luotettavuus, sekä tuloksista tehtävissä olevat johtopäätökset ovat esitelty yksityiskohtaisesti. Tapoja, joilla tuloksia voi käyttää luotettavien alumiininitridi-ohutkalvoja käyttävien sovellusten suunnittelemisessa, on annettu.