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

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In der vorliegenden Arbeit wird eine experimentelle Prüfmethodik zur Untersuchung der Haftfestigkeit von spröden monokristallinen Schichten auf Siliziumträgersubstraten entwickelt, um die Verbindungseigenschaften während der Produktion zu bewerten. Das Verfahren ermöglicht die direkte Messung der Haftfestigkeit auf Wafer-Ebene und überwindet den entscheidenden Nachteil der Probenpräparation, der bei alternativen Methoden auftritt. Die instrumentierte Eindringprüfung ermöglicht die Automatisierung sowohl der Versuche als auch der Auswertung, was sie für den industriellen Einsatz geeignet macht. Zur Berechnung der Haftfestigkeit werden Finite-Elemente- und analytische Modelle verwendet und verglichen, wobei der Gültigkeitsbereich der analytischen Modelle durch den Vergleich mit Finite-Elemente-Modellen aufgezeigt wird. Zudem wird die Entwicklung des Phasenwinkels, der die Rissmodeanteile beschreibt, veranschaulicht. Die Untersuchungen erfolgen exemplarisch am Schichtsystem von Lithiumtantalat-Dünnschichten auf einem Siliziumträgersubstrat. Ein weiterer Teil der Arbeit widmet sich der Bruchzähigkeit von spröden monokristallinen Wafern, die sowohl über Eindring- als auch über Biegeversuche ermittelt wird. Die Ergebnisse stimmen mit den in der Literatur aufgeführten theoretischen und experimentellen Werten überein und belegen die Verwendbarkeit der Methode.