Modelo de elementos finitos validado experimentalmente para las características mecánicas y de fractura de las...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería mecánica

Sus antecedentes:

• Las películas delgadas de carbonitruro de silicio (SiCN) son cruciales en diversas aplicaciones tecnológicas.
• Comprender sus propiedades mecánicas es esencial para un rendimiento confiable del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Investigar el comportamiento mecánico y los mecanismos de fractura de las películas delgadas de SiCN bajo cargas variables.
• Desarrollar y validar un modelo de elementos finitos para predecir la distribución de las tensiones y los modos de falla.

Principales métodos:

• Deposición de películas delgadas de SiCN en sustratos de p-Si (100) mediante deposición térmica por vapor químico (CVD, por sus siglas en inglés).
• Pruebas de nanoindentación con cargas comprendidas entre 1 y 4 mN para analizar las respuestas de desplazamiento de carga.
• Desarrollo de un modelo de FE de elastoplástico validado experimentalmente para simular el esfuerzo y la fractura.
• Análisis de las fracturas mediante nanoindentación (craqueo, delaminación) y pruebas de peeling.

Principales resultados:

• El modelo FE predijo con precisión el inicio de la falla interfacial a un desplazamiento de ~ 110 nm para las interfaces débiles de SiCN/Si.
• Las pruebas de peeling demostraron el papel crítico de la energía de la fractura de la interfaz en la desconexión.
• La integridad mecánica de las películas de SiCN es muy sensible a las variaciones de la carga aplicada.

Conclusiones:

• El estudio proporciona información sobre el comportamiento mecánico dependiente de la carga de las películas delgadas de SiCN.
• El modelado FE sirve como una herramienta valiosa para predecir los mecanismos de falla en los sistemas de película delgada.
• La optimización de las propiedades de la interfaz es clave para mejorar la fiabilidad mecánica de las películas delgadas de SiCN.