In this research, the mechanical behavior of freestanding and passivated Al thin films is studied. Tensile test, membrane deflection test, and cantilever beam bending test are carried out and the Young's modulus measured from different test methods is compared to precisely measure the mechanical properties of electron beam evaporated freestanding Al thin films. While results from tensile test and membrane deflection test show a high level of repeatability, there is a difference between the Young's modulus measured by the two test methods. Finite element analysis is utilized to disclose the effects of various experimental errors in membrane deflection test that could explain the discrepancy. The Young's modulus measured by cantilever bending test exhibits poor accuracy, and there is high deviation between the measured values. The mechanical behavior of passivated Al thin films deposited via direct current magnetron sputtering is investigated by performing tensile experiments. The yield strength of passivated Al thin films is much larger than that of unpassivated films. While strain hardening behavior is observed in unpassivated films, passivated films show softening behavior. It is also found that a thin passivation layer prevents necking from occurring in Al thin films.
본 학위논문에서는 자유지지 형태 및 절연 코팅된 알루미늄 박막의 기계적 거동을 연구하였다. 전자빔 증착법을 통해 형성된 자유지지 형태 알루미늄 박막의 기계적 특성을 정밀하게 측정하기 위해 인장시험, 띠 굽힘 시험, 외팔보 굽힘 시험 등을 수행하였고, 각 시험법으로 측정된 시험편의 영률이 비슷한 값을 가지는지 확인하였다. 인장시험과 띠 굽힘 시험을 통해 높은 수준의 반복성을 보이는 물성 측정이 가능했지만 두 시험법으로 측정한 영률 간의 차이가 존재했으며, 이 차이를 설명할 수 있는 띠 굽힘 시험에서의 다양한 실험적 오차를 유한요소해석을 활용해 고찰하였다. 외팔보 굽힘 시험으로 측정한 영률은 정확도가 낮았고 측정값 간의 높은 편차가 나타났다. 마그네트론 직류 스퍼터링으로 증착한 절연 코팅된 알루미늄 박막의 기계적 거동을 확인하기 위해 인장 시험을 수행하였다. 알루미늄 박막이 절연 코팅되었을 때, 절연 코팅이 되지 않은 박막보다 항복 강도가 증가함을 확인하였다. 또한 절연 코팅되지 않은 박막에서는 변형 경화 거동이 나타난 반면, 절연 코팅된 박막에서는 변형 연화 거동이 관찰되었으며, 절연 코팅막이 알루미늄 박막의 네킹을 방지하는 것을 확인하였다.
