Micro- and nanoscale characterization of polymeric materials by means of digital image correlation techniques

This thesis comprises the development, accuracy testing and application of the so-called nanoDAC method (nano Deformation Analysis by Correlation). The method combines scanning probe microcopy (SPM) images and digital image correlation (DIC) to derive an in-situ deformation measurement technique. The results are full-field 2D displacement fields with nanometer resolution. The method can be performed on bulk materials, thin films, and on microelectronic components. A thermosetting polymer material typically applied in microelectronics systems serves as an example to emphasize the capability of the method. Crack tip opening fields of a compact tension (CT) specimen are experimentally determined by means of nanoDAC and the obtained fields act as the basis for the extraction of the stress intensity factor as a fracture mechanical property. In addition finite element analyses are carried out and an adaptation strategy between experimental and numerical results is developed.Die Arbeit beinhaltet die Entwicklung, Prüfung der Messgenauigkeit und Anwendung der so genannten nanoDAC Methode (nano Deformation Analysis by Correlation), die Rastersondenmikroskopie und digitale Bildkorrelation zur Ableitung einer in-situ Deformationsmesstechnik kombiniert. Als Ergebnis erhält man 2D-Verschiebungsfelder mit Auflösungsgenauigkeit im Nanometerbereich. Die Methode kann an Bulkmaterialien, dünnen Schichten und mikroelektronischen Komponenten angewendet werden. Ein für mikroelektronische Systeme typisches Thermoset-Polymer dient als Anwendungsbeispiel der Methode. Rissöffnungsfelder an einer CT- (compact tension) Probe werden mittels der nanoDAC Methode experimentell ermittelt und die daraus abgeleiteten Felder stellen die Basis zur Ableitung des Spannungsintensitätsfaktors als bruchmechanische Kenngröße dar. Zusätzlich werden Finite Elemente Analysen durchgeführt und eine Adaptionsstrategie zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen wird entwickelt