文章摘要:微纳机电系统（MEMS/NEMS）、大规模集成电路芯片（LSI）等微电子学系统为了实现极高的集成化和小型化程度,其内部往往由大量微米和纳米尺度的结构器件组成。同时,为了实现物理功能的多样性,其组成材料包含了半导体、金属、高分子与陶瓷等多种材料。这些微纳米尺度材料及其界面处的力学性质严重影响着微电子学系统的结构完整性与可靠性。迄今为止,人们已经大量研究了微纳米金属材料塑性性质的尺寸效应,深入分析了其"越小越强"的特殊现象及其微观机制。然而,在微系统实际工作中,其内部结构会因受到机械及热载荷的长期、往复作用而产生应力松弛（蠕变）与疲劳失效等问题。但是,由于受到微纳米原位实验难度的限制,关于微纳米材料在上述复杂载荷条件下的力学行为的研究工作还相对较少。为此,我们通过开发新的实验方法和装置,分别利用微米悬臂梁弯曲法和新型原位疲劳实验装置,开展了扫描电子显微镜（SEM）中的原位加载实验,深入研究了微米单晶铜的应力松弛和疲劳行为,并考察了试样尺寸和应变梯度等因素的影响。另一方面,针对微纳米结构中双相材料界面的分层破坏行为,我们开发了基于聚焦离子束制备（FIB）-透射电子显微镜（TEM）加载的分步实验技术,成功在微米量级脆性界面中引入了尺寸可控的真实预裂纹,利用TEM原位加载实验准确测定了其断裂韧性。同时,通过制备不同几何形状的微米试样,开展了不同复合比的界面分层实验,最终获得了基于临界能量释放率和临界应力的微纳米界面复合型断裂行为的力学判据。

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论文DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.018988

论文分类号:TB383.1;O341