Über die Bestimmung der Bruchzähigkeit von monokristallinen Schichten und deren Haftfestigkeit als Dünnschicht auf Siliziumsubstrat mittels instrumentierter Eindringprüfung

In der vorliegenden Arbeit wird eine experimentelle Prüfmethodik zur Untersuchung der Haftfestigkeit von spröden monokristallinen Schichten auf Siliziumträgersubstraten entwickelt. Ziel ist eine produktionsbegleitende Bewertung der Verbindungseigenschaften. Das experimentelle Verfahren erlaubt die direkte Messung der Haftfestigkeit auf Wafer-Ebene. Dabei wird ein entscheidender Nachteil von alternativen Verfahren überwunden: die Probenpräparation. Die Nutzung der instrumentierten Eindringprüfung ermöglicht es, sowohl die Versuche als auch die Auswertung zu automatisieren. Aufgrund dessen ist sie für den industriellen Einsatz geeignet.
Für die Berechnung der Haftfestigkeit werden Finite-Elemente- sowie analytische Modelle verwendet und miteinander verglichen. Der Gültigkeitsbereich der analytischen Modelle wird durch den Vergleich mit den Finite-Elemente-Modellen aufgezeigt. Zusätzlich wird die Entwicklung des Phasenwinkels, welcher die Rissmodeanteile beschreibt, veranschaulicht. Die Untersuchungen erfolgen exemplarisch am Schichtsystem von Lithiumtantalat-Dünnschichten auf einem Siliziumträgersubstrat.
Ein weiterer Teil der Arbeit widmet sich der Untersuchung der Bruchzähigkeit von spröden monokristallinen Wafern. Diese wird sowohl über Eindring- als auch über Biegeversuche ermittelt. Die Ergebnisse decken sich mit den in der Literatur aufgeführten theoretischen und experimentellen Werten und belegen die Verwendbarkeit der Methode.