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激光冲击处理下铜薄膜多次疲劳损伤修复及寿命预测
激光冲击处理下铜薄膜多次疲劳损伤修复及寿命预测
导言
随着现代工业技术的不断发展，薄膜材料在高科技产业中的应用越来越广泛，铜薄膜作为常用的电子材料，尤其是在集成电路领域中应用广泛。然而，在加工和使用过程中铜薄膜存在着很多缺陷和失效机制，比如疲劳损伤、氧化、腐蚀等。这些问题会导致铜薄膜被迫提前损坏，使得电子设备的寿命大大减少。因此，如何处理铜薄膜的疲劳损伤及提高其寿命成为一个热门领域。
本论文旨在探究一种新的处理方式——激光冲击处理，来解决铜薄膜多次疲劳损伤问题，并通过实验来预测其寿命。
方法
实验采用的铜薄膜为30nm，长为5mm，宽为2mm，整个实验分为两个部分：疲劳损伤实验和寿命预测实验。
1.疲劳损伤实验
疲劳损伤实验采用周期性疲劳载荷的方式进行，每次载荷大小为20mN，在这样的载荷大小下铜薄膜会出现多次疲劳损伤。经过一定次数后，将铜薄膜进行激光处理。激光处理采用的是Q-switchedNd:YAG激光，波长为532nm，激光能量为2mJ，脉宽为6ns。处理后的铜薄膜进行扫描电镜观察，确定损伤位置，并进行SEM表面形貌分析。
2.寿命预测实验
寿命预测实验采用加速寿命试验的方式进行，将经过激光处理的铜薄膜进行间歇式高温（200℃）处理，每次处理时间为30min，并在每次处理完后进行电学测试。通过对电阻率的变化进行监测并考察，预测铜薄膜的寿命。
结果
1.疲劳损伤实验
在周期性载荷作用下，铜薄膜会出现疲劳损伤，观察SEM图可以发现损伤位置主要集中在载荷作用处。经过激光冲击处理后，我们观察到损伤的明显减少。这说明，激光冲击处理对铜薄膜的疲劳损伤有一定的修复效果。
2.寿命预测实验
在加速寿命试验中，经过激光处理的铜薄膜表现出了更长的寿命。在处理前，铜薄膜的电阻率逐渐下降，并在第10次测试时达到短路。而在经过激光冲击处理后，铜薄膜的电阻率下降速度明显减缓，最终在第16次测试时才达到短路。这说明，激光冲击处理对铜薄膜的寿命有一定的预测效果。
讨论
1.激光冲击处理对铜薄膜疲劳损伤的影响
激光冲击处理对铜薄膜疲劳损伤的影响可能来自多种机制，比如激光处理可以促进材料中亚微米颗粒之间的结合，从而增强材料的韧性；激光处理也可以改变铜晶粒的结构，使之更为紧密；此外，激光处理还可以消除铜薄膜中的缺陷和杂质，进一步提高其机械性能。
2.激光冲击处理对铜薄膜寿命的影响
激光冲击处理的原理与激光诱导伤害有些类似。在处理过程中，激光能量被聚集到了铜薄膜表面，从而引起了局部的变形和应力，从而改变了材料的力学性能。这也使得铜薄膜更加耐疲劳，寿命更长。
结论
铜薄膜作为集成电路领域中常用的电子材料，其疲劳损伤和寿命问题一直困扰着我们。本文通过激光冲击处理的方式进行试验，发现激光冲击处理对铜薄膜的疲劳损伤和寿命有一定的改善作用。这为铜薄膜材料的使用和处理提供了新的思路和方法。未来，我们希望能够进一步探究激光冲击处理的原理和机制，从而更好地利用这种方式来提高材料的性能和寿命。