journal article·2023-01Open access

Electromechanical Behavior of Al/Al2O3 Multilayers on Flexible Substrates: Insights from In Situ Film Stress and Resistance Measurements

Barbara Putz, Thomas E.J. Edwards, Emese Huszar, Patric A. Gruber, Kevin‐P. Gradwohl, Patrice Kreiml, Daniel M. Többens, Johann Michler

Advanced Engineering Materials· Volume 25· Issue 2

Abstract

A series of Al and Al/Al2O3 thin‐film multilayer structures on flexible polymer substrates are fabricated with a unique deposition chamber combining magnetron sputtering (Al) and atomic layer deposition (ALD, Al2O3, nominal thickness 2.4–9.4 nm) without breaking vacuum and thoroughly characterized using transmission electron microscopy (TEM). The electromechanical behavior of the multilayers and Al reference films is investigated in tension with in situ X‐ray diffraction (XRD) and four‐point probe resistance measurements. All films exhibit excellent interfacial adhesion, with no delamination in the investigated strain range (12%). For the first time, an adhesion‐promoting naturally forming amorphous interlayer is confirmed for thin films sputter deposited onto polymers under laboratory conditions. The evolution of Al film stresses and electrical resistance reveal changes in the deformation behavior as a function of oxide thickness. Strengthening of Al is observed with increasing oxide thickness. Significant embrittlement can be avoided for oxide layer thicknesses ≤2.4 nm.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Metal and Thin Film Mechanics · Semiconductor materials and devices · Copper Interconnects and Reliability

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Laboratory for Mechanics of Materials and Nanostructures Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology 3602 Thun Switzerland

Department of Materials Science Montanuniversität Leoben 8700 Leoben Austria

Karlsruhe Institute of Technology Institute for Applied Materials IAM–MMI 76131 Karlsruhe Germany

Leibniz Institut für Kristallzüchtung 12489 Berlin Germany

Erich Schmid Institute of Materials Science Austrian Academy of Sciences 8700 Leoben Austria

Helmholtz–Zentrum Berlin für Materialien und Energie 12489 Berlin Germany

Funding

Austrian Science Fund

References (78)

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