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Nano indentation de couches dures ultra minces de ruthénium sur or

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2011-01-01

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MEMS (micro electro mechanical systems) switch performances are limited by their contact lifetime. The preferred contact material is a gold deposited thin film. Main failures are due to its ductility and low melting temperature. An improvement consists in using a ruthenium ultra thin film (20, 50 and 100 nm) deposited above gold to improve contact properties. Indeed, hardness and melting temperature of ruthenium are higher than for gold. Within this background, it is necessary to characterize the apparent hardness increase of the new contact multilayer and to extract the intrinsic hardness of the ruthenium ultra-thin film. Therefore, mechanical properties are characterized with instrumented nano-indentation using continuous contact stiffness measurement. The effective measured hardness is then analysed with a combination of a hardness volume mixture law, the confinement of plastic deformation due to substrate effects and indent size effect (ISE). The obtained hardness values, 1 GPa for gold and 15 GPa for ruthenium, are in agreement with literature. La durée de vie du contact des micro-commutateurs MEMS (micro electro mechanical systems) limite leur compétitivité. Le matériau de contact généralement utilisé, sous forme d’un film mince, est l’or. Les principales causes de défaillance sont liées à sa ductilité et à sa faible température de fusion. Une alternative consiste à utiliser un film ultra mince (20, 50 et 100 nm) de ruthénium déposé sur l’or afin d’améliorer les propriétés du contact car la dureté et la température de fusion du ruthénium sont plus élevées que celle de l’or. Dans ce cadre, il est nécessaire de caractériser l’augmentation de dureté apparente obtenue et d’être capable d’en extraire la dureté intrinsèque du ruthénium en film ultra mince. Pour cela, les propriétés mécaniques sont caractérisées par nano-indentation avec une mesure continue de la rigidité de contact. La dureté effective mesurée est ensuite analysée en combinant une loi de mélange volumique des duretés, la prise en compte du confinement de la déformation plastique de l’or et les effets de taille de type ISE (indentation size effect). Les valeurs de dureté trouvées, 1 GPa pour l’or et 15 GPa pour le ruthénium, sont cohérentes avec celles de la littérature.

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mt110027

dcterms:dateCopyrighted

2011-01-01

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© EDP Sciences, 2011

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EDP Sciences

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