ナノインデンテーション法による薄膜材料の評価と応用－圧子先端形状による膜の機械的特性値の変化

摘要

実際のナノインデンテーション法による試験では，荷重変位曲線を測定し，その後各種硬さや弾性率の定義に基づいて，計算することになるが，それらの計算では，圧子の押込み深さから圧子と材料が接触している断面積を計算するため，表面検出の精度と圧子先端形状の補正方法が非常に重要になってくる。 通常は溶融石英などの標準片を試験し，その硬さが一定になるように圧子形状と試験機を校正した後に，試料の試験を行うことが多い。 しかしながら，試料と標準片の材料の変形過程とその圧子との接触状態の違い，さらに圧子の理論的な形状と実際の圧子形状の違いなどの現象があるために，その補正のみで完全に補正できるとは限らない。 特に，数十nmの薄い膜を評価するナノレベルの試験を行う場合，これらの影響が測定値にどのように現れるかを厳密に評価する必要がある。そこで，筆者らは様々な種類と構造の異なる膜を作製し，それらの表面形態の評価とナノインデンテーション試験を行った。 また，用いた圧子先端形状の測定も行った。 それらの結果から，ナノインデンテーション法で求められる硬さにおける圧子先端形状や膜の表面粗さの影響について明らかにしたので，それらについて解説する。