Випуски МФіНТ »  Том 48, випуск 5

Модуль Юнґа плівок MgO товщиною менше 10 нм, визначений методом наноіндентора з тунельним струмом

В. О. Бурлаков, О. В. Філатов

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 10.04.2026; остаточний варіант - 20.04.2026. Завантажити: PDF

Застосовано новий метод визначення пружніх властивостей надтонких діелектричних плівок на основі наноіндентування провідним вістрям. Цей підхід уможливлює виокремити деформацію плівки за зміною тунельного струму, тим самим усуваючи внески від підкладинки, індентора та податливости приладу. Плівка MgO товщиною у 6 нм, нанесена на плівку Fe, досліджується як модельна система. Крива навантаження–зміщення розраховується на основі одержаних даних стосовно тунельного струму, що дає змогу оцінити модуль Юнґа. Виміряний модуль плівки MgO становить ≅ 180 ГПа, що нижче за об’ємні значення та може бути пов’язано з пониженням густини та структурними особливостями нанесеної плівки. Повторне індентування приводить до помітного збільшення модуля Юнґа до ≅ 380 ГПа, що пов’язане з ущільненням і пониженням пористости. Застосований метод забезпечує дієвий підхід для міряння механічних властивостей діелектричних плівок товщиною менше 10 нм.

Ключові слова: наноплівки, модуль Юнґа, механічні властивості, оксид Маґнію MgO, наноіндентування, тунельний струм.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i05/0527.html

PACS: 07.10.Cm, 62.20.de, 62.25.-g, 73.40.Gk, 73.40.Rw, 77.55.+f, 81.70.Bt

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. T. D. Frazer, J. L. Knobloch, J. N. Hernández-Charpak, K. M. Hoogeboom-Pot, D. Nardi, S. Yazdi, W. Chao, E. H. Anderson, M. K. Tripp, S. W. King, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and B. Abad, Phys. Rev. Mater., 4: 073603 (2020).
  2. M. Bibes, J. E. Villegas, and A. Barthélémy, Adv. Phys., 60, Iss. 1: 5 (2011).
  3. H. H. Radamson, X. He, Q. Zhang, J. Liu, H. Cui, J. Xiang, Z. Kong, W. Xiong, J. Li, J. Gao, H. Yang, S. Gu, X. Zhao, Y. Du, J. Yu, and G. Wang, Micromachines, 10, Iss. 5: 293 (2019).
  4. J.-H. Kim, H.-J. Kil, S. Lee, J. Park, and J.-W. Park, ACS Omega, 7, Iss. 29: 25219 (2022).
  5. Z. Zhao, H. Fu, R. Tang, B. Zhang, Y. Chen, and J. Jiang, Int. J. Smart Nano Mater., 14, Iss. 4: 510 (2023).
  6. J. Moser, J. Güttinger, A. Eichler, M. J. Esplandiu, D. E. Liu, M. I. Dykman, and A. Bachtold, Nature Nanotechnol., 8: 493 (2013).
  7. Y. T. Yang, C. Callegari, X. L. Feng, K. L. Ekinci, and M. L. Roukes, Nano Lett., 6, Iss. 4: 583 (2006).
  8. M. Li, H. X. Tang, and M. L. Roukes, Nature Nanotechnol., 2: 114 (2007).
  9. P. X.-L. Feng, 2020 IEEE 33rd Int. Conf. Micro Electro Mech. Syst. (MEMS), p. 212 (2020).
  10. L. G. Zhou and H. Huang, Appl. Phys. Lett., 84: 1940 (2004).
  11. R. J. Wang, C. Y. Wang, and Y. T. Feng, Int. J. Mech. Sci., 130: 267 (2017).
  12. C. Cheng, P. S. Grant, and L. Lührs, Adv. Electron. Mater., 6, Iss. 1: 1900364 (2020).
  13. C. Q. Sun, Prog. Solid State Chem., 35, Iss. 1: 1 (2007).
  14. W. Xia and S. Keten, J. Mater. Res., 30: 36 (2015).
  15. B. Gong, Q. Chen, and D. Wang, Mater. Lett., 67: 165 (2012).
  16. Z. Ao and S. Li, Nanoscale Res. Lett., 6: 243 (2011).
  17. K. Meganathan, G. Mangamma, M. J. Swaminadhan, V. Murugan, N. B. Shinde, S. Ghosh, and S. K. Eswaran, J. Phys. Chem. Lett., 15, Iss. 15: 4206 (2024).
  18. B. Dieny, I. L. Prejbeanu, K. Garello, P. Gambardella, P. Freitas, R. Lehndorff, W. Raberg, U. Ebels, S. O. Demokritov, J. Akerman, A. Deac, P. Pirro, C. Adelmann, A. Anane, A. V. Chumak, A. Hirohata, S. Mangin, M. C. Onbaşlı, M. d’Aquino, G. Prenat, G. Finocchio, L. Lopez Diaz, R. Chantrell, O. Chubykalo-Fesenko, and P. Bortolotti, Nature Electron., 3: 446 (2020).
  19. V. Burlakov, O. Filatov, and O. Pogorelov, phys. status solidi (b), 258, Iss. 4: 2000502 (2021).
  20. V. O. Burlakov, O. E. Pogorelov, and O. V. Filatov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 7: 919 (2020) (in Ukrainian).
  21. R. Lewandków, M. Grodzicki, P. Mazur, and A. Ciszewski, Acta Phys. Pol. A, 141, No. 2: 116 (2022).
  22. L. M. Kandpal, B. Taudul, E. Monteblanco, A. Kumar, K. Katcko, F. Schleicher, P. Gupta, S. Boukari, W. Weber, V. Da Costa, J. D. Costa, T. Bӧhnert, R. Ferreira, P. Freitas, M. Hehn, M. Alouani, P. K. Muduli, D. Lacour, and M. Bowen, npj Spintronics, 3: 2 (2025).
  23. V. O. Burlakov and O. V. Filatov, Progress in Physics of Metals, 26, No. 4: 968 (2025).
  24. J. N. Hernandez-Charpak, K. M. Hoogeboom-Pot, Q. Li, T. D. Frazer, J. L. Knobloch, M. Tripp, S. W. King, E. H. Anderson, W. Chao, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and D. Nardi, Nano Lett., 17, Iss. 4: 2178 (2017).
  25. K. Geng, F. Yang, and E. A. Grulke, Mater. Sci. Eng. A, 479, Iss. 1–2: 157 (2008).
  26. J. Hay and B. Crawford, J. Mater. Res., 26: 727 (2011).
  27. R. Dingreville, J. Qu, and M. Cherkaoui, J. Mech. Phys. Solids, 53, Iss. 8: 1827 (2005).
  28. A. I. Fedorchenko, A. B. Wang, and H. H. Cheng, Appl. Phys. Lett., 94: 151904 (2009).
  29. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res., 7: 1564 (1992).
  30. J. G. Simmons, J. Appl. Phys., 34, Iss. 6: 1793 (1963).
  31. V. O. Burlakov, O. Ye. Pohorelov, and O. V. Filatov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 2: 157 (2023).
  32. II–VI and I–VII Compounds; Semimagnetic Compounds (Eds. O. Madelung, U. Rössler, and M. Schulz) (Berlin: Springer: 1999).
  33. J. J. Swica and W. B. Crandall, J. Am. Ceram. Soc., 48, Iss. 2: 102 (1965).
  34. D. Chung, J. J. Swica, and W. B. Crandall, J. Am. Ceram. Soc., 46, Iss. 9: 452 (1963).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»