Applied Scanning Probe Methods XII: Characterization

شروع و رشد ترک در مورد قابلیت اطمینان مکانیکی دستگاه‌های میکروالکترونیک و سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) مسائل کلیدی هستند. به ویژه در الکترونیک آلی که در آن بسترهای قابل انعطاف نقش اصلی را ایفا می کنند، این مسائل از اهمیت بالایی برخوردار خواهند شد. بنابراین لازم است روش‌هایی ایجاد شود که در محل امکان بررسی تجربی فرآیندهای تغییر شکل سطح و شکستگی در لایه‌های نازک را در مقیاس میکرو و نانومتری فراهم کنند. در حالی که میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ممکن است مورد استفاده قرار گیرد، با برخی از اشکالات تجربی عمده نیز همراه است. اول از همه، اگر پلیمرها مورد بررسی قرار گیرند، معمولاً باید با یک لایه فلزی پوشانده شوند، زیرا معمولاً ماهیت غیر رسانایی آنهاست. علاوه بر این ممکن است توسط پرتو الکترونی میکروسکوپ آسیب ببینند یا خلاء ممکن است باعث خروج حلال ها یا تبخیر آب شود و در نتیجه خواص مواد را تغییر دهد. علاوه بر این، برای انواع مواد، مقدار قابل توجهی تلاش آزمایشی لازم است تا یک ماشین تست کشش ساخته شود که به داخل محفظه می‌رود. بنابراین، یک جایگزین بسیار امیدوارکننده برای SEM مبتنی بر استفاده از یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای مشاهده فرآیندهای تغییر شکل سطح درجا در طول کرنش کردن یک نمونه است. اولین گام‌ها برای رسیدن به این هدف در دهه 1990 در [1-4] نشان داده شد، اما هیچ یک از این رویکردها واقعاً یک آزمایش ریز کششی با ضخامت نمونه در محدوده میکرومتر نبود. طبق اطلاعات نویسندگان، این برای اولین بار توسط هیلد و همکاران نشان داده شد. در [5]. 16.

Crack initiation and growth are key issues when it comes to the mechanical reliab- ity of microelectronic devices and microelectromechanical systems (MEMS). Es- cially in organic electronics where exible substrates will play a major role these issues will become of utmost importance. It is therefore necessary to develop me- ods which in situ allow the experimental investigation of surface deformation and fracture processes in thin layers at a micro and nanometer scale. While scanning electron microscopy (SEM) might be used it is also associated with some major experimental drawbacks. First of all if polymers are investigated they usually have to be coated with a metal layer due to their commonly non-conductive nature. Additi- ally they might be damaged by the electron beam of the microscope or the vacuum might cause outgasing of solvents or evaporation of water and thus change material properties. Furthermore, for all kinds of materials a considerable amount of expe- mental effort is necessary to build a tensile testing machine that ts into the chamber. Therefore, a very promising alternative to SEM is based on the use of an atomic force microscope (AFM) to observe in situ surface deformation processes during straining of a specimen. First steps towards this goal were shown in the 1990s in [1–4] but none of these approaches truly was a microtensile test with sample thicknesses in the range of micrometers. To the authors’ knowledge, this was shown for the rst time by Hild et al. in [5]. 16.