재료의 물성 측정을 위한 시험법 개발
금속 박막은 마이크로/나노 소자, 집적회로, 표면 코팅 등 다양한 분야에 널리 활용되고 있습니다. 소자에 활용되는 마이크로/나노 크기의 구조물은 벌크 소재와 비교해 제작 방법이 다르고 크기 효과가 나타나기 때문에, 기존에 보고된 벌크 소재의 물성을 적용할 수 없습니다. 박막의 기계적 물성은 소자의 제작 및 구동 단계에서의 신뢰성과 직결될 뿐만 아니라 소자의 성능에도 영향을 주기 때문에 이를 정밀하게 측정하는 것이 매우 중요합니다. 하지만 박막의 물성을 측정하는 것은 시편 제작, handling, 측정 등 크기가 작음으로 인해 많은 어려움이 존재합니다.
본 연구팀에서는 박막의 인장 물성을 측정할 수 있는 띠 굽힘 시험법 (membrane deflection experiment, MDE)을 개발하였습니다. 박막에 인장 하중을 가하는 것이 아닌 수직 방향 하중을 가함으로써 시편의 인장 변형을 유도하였습니다. 이 때, 변형률과 응력은 아래 수식과 같이 계산할 수 있습니다.
유한요소해석 (FEA)을 통해 띠 굽힘 시험법을 통해 얻어지는 재료의 물성이 실제 물성과 같음을 확인하였습니다. 그리고 금, 알루미늄, 니켈 기반 합금 등 다양한 금속 박막의 물성을 측정하였습니다. 향후 박막뿐만 아니라 다양한 재료의 물성 측정 기법을 연구할 계획입니다.