In-Situ Nanoindentation Surface Topography of Lead-Free Piezoelectric Thin Films

Bigerelle, Maxence; Lemesle, Julie; Montagne, Alex; Remiens, Denis

Type de document :

Article dans une revue scientifique: Article original

DOI :

10.3390/app142411849

URL permanente :

http://hdl.handle.net/20.500.12210/119991

Titre :

In-Situ Nanoindentation Surface Topography of Lead-Free Piezoelectric Thin Films

Auteur(s) :

Bigerelle, Maxence [Auteur]
INSA Institut National des Sciences Appliquées Hauts-de-France [INSA Hauts-De-France]
Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201 [LAMIH]
Lemesle, Julie [Auteur]
Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201 [LAMIH]
Montagne, Alex [Auteur]
Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique industrielles et Humaines - UMR 8201 [LAMIH]
Université Polytechnique Hauts-de-France [UPHF]
Remiens, Denis [Auteur]

Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Département Opto-Acousto-Électronique - UMR 8520 [IEMN-DOAE]
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN]
Matériaux et Acoustiques pour MIcro et NAno systèmes intégrés - IEMN [MAMINA - IEMN]

Titre de la revue :

Applied Sciences

Pagination :

11849

Éditeur :

Multidisciplinary digital publishing institute (MDPI)

Date de publication :

2024-12-18

ISSN :

2076-3417

Mot(s)-clé(s) en anglais :

nanoindentation topography piezoelectric
nanoindentation
topography
piezoelectric

Discipline(s) HAL :

Physique [physics]
Sciences de l'ingénieur [physics]

Résumé en anglais : [en]

<div xmlns="http://www.tei-c.org/ns/1.0"><p>Surface roughness significantly affects the performance of microelectromechanical systems (MEMS) and piezoelectric films. This study investigates the impact of surface roughness ...
Lire la suite ><div xmlns="http://www.tei-c.org/ns/1.0"><p>Surface roughness significantly affects the performance of microelectromechanical systems (MEMS) and piezoelectric films. This study investigates the impact of surface roughness on the mechanical properties of thin piezoelectric films using nanoindentation and scanning probe microscopy (SPM). Four piezoelectric films with different thicknesses (220, 350, and 450 nm) and substrate configurations (LNO/SiO 2 /Si or LNO/Si) were analyzed. A discriminant analysis revealed that the fractal dimension is more effective than the arithmetic mean height (Sa) for distinguishing surfaces, with only 2% misclassification versus 25% for Sa. A multiscale analysis identified the Smr2 parameter with low-pass filtering at 140 nm as highly effective for surface discrimination, achieving only 0.1% misclassification. The analysis of the roughness parameter Sa at various scales showed that band-pass filtering at 500 nm yielded a 0.7% misclassification rate, indicating its relevance for fractal roughness characterization. Most relevant roughness parameters for mechanical property correlation were found: Smr2 with low-pass filtering at 500 nm correlated best with hardness (R 2 = 0.82), and Vvc with low-pass filtering at 2 nm correlated best with reduced elastic modulus (R 2 = 0.84). These results demonstrate that surface roughness features like valley volume and voids significantly impact the apparent mechanical properties of piezoelectric films.</p></div>Lire moins >

Langue :

Anglais

Comité de lecture :

Oui

Audience :

Internationale

Vulgarisation :

Non

Collections :

Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520

Source :

Harvested from HAL

Date de dépôt :

2025-01-23T09:11:20Z

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