in-situ röntgendiffraktion zur charakterisierung von mechanischen ...

σ inpl (MPa)
100
0
-100
-200
-300
4. Ergebnisse und Diskussion
Heizen
Kühlen
σ therm =∆α (Si-Cr) ∗∆T*(E/1-ν)
-400
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Temperatur (°C)
Abbildung 4.23: Temperaturabhängige in-plane Spannungen einer 3µm Cr Schicht auf einem 340µm dicken
Si(100) Substrat. Die Spannungsmessung erfolgte mittels röntgenographischer Substratkrümmungsmethode.
Die Spannungsfehler aus der Substratkrümmungsmethode können mit ∆σinpl=10% der Spannungswerte
angenommen werden.
Im Falle der Messung von Cr auf Si zeigt sich ebenfalls eine gute Übereinstimmung des
thermischen und experimentell erhaltenen Spannungsverlaufs. So zeigt sich eine
Übereinstimmung der berechneten thermoelastischen Spannungen von
∆σtherm,∆T=100°C=81MPa zu der experimentell erhaltenen Spannung von
∆σinpl,∆T=100°C=78±8MPa. Dies stellt bei einem Fehler von ∆σinpl=10% wiederum eine gute
Übereinstimmung dar.
Die Messungen der temperaturabhängigen in-plane Spannungen mittels röntgenographischer
Substratkrümmung zeigten, dass die Heizkammer für den Einsatz der temperaturabhängigen
Substratbiegung geeignet ist. Bei Benützung der Heizklammer muss jedoch beachtet werden,
dass für eine hinreichend genaue Temperaturmessung das Thermoelement an der
Probenoberfläche anliegt. Ist dies nicht der Fall, so kann dies zur Verfälschung der
Ergebnisse führen.
Weiters wird darauf hingewiesen, dass die Testmessungen mit der Heizkammer die
Beobachtung von Metallschichten in Hinsicht auf Oxidationen an der Oberfläche
ermöglichen. In diesem Zusammenhang wurde für keine der gemessenen Schichten ein
Anzeichen von Oxidation bemerkt. Dies würde sich in einer Verfärbung der Schicht und
eventuell in einer signifikanten Änderung der Krümmung bemerkbar machen. Somit kann
die durch permanente Spülung erzeugte N2 Atmosphäre innerhalb der Kammer als
ausreichender Schutz vor Luftsauerstoff angesehen werden, um für die untersuchten
Materialien temperaturabhängige Experimente bis 400°C durchzuführen.
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