The fracture strength of Al2O3 membranes deposited by atomic layer deposition at 110, 150, 200, and 300 °C was investigated. The fracture strength was found to be in the range of 2.25–3.00 GPa using Weibull statistics and nearly constant as a function of deposition temperature. This strength is superior to common microelectromechanical systems materials such as diamondlike carbon, SiO2, or SiC. As-deposited membranes sustained high cycling pressure loads >10 bar/s without fracture. Films featured, however, significant reduction in the resistance to failure after annealing (800 °C) or high humidity (95%, 60 °C) treatments.

1.
E.
Marin
,
A.
Lanzutti
,
F.
Andreatta
,
M.
Lekka
,
L.
Guzman
, and
L.
Fedrizzi
,
Corros. Rev.
29
,
191
(
2011
).
2.
T. W.
Scharf
,
S. V.
Prasad
,
M. T.
Dugger
,
P. G.
Kotula
,
R. S.
Goeke
, and
R. K.
Grubbs
,
Acta Mater.
54
,
4731
(
2006
).
3.
R. L.
Puurunen
,
H.
Kattelus
, and
T.
Suntola
, in
Atomic Layer Deposition in MEMS Technology
, edited by
V.
Lindroos
,
M.
Tilli
,
A.
Lehto
, and
T.
Motooka
(
Elsevier
,
Boston, Oxford
,
2010
), pp.
433
446
.
4.
R. L.
Puurunen
,
J.
Saarilahti
, and
H.
Kattelus
,
ECS Trans.
11
,
3
(
2007
).
5.
R. L.
Puurunen
 et al. 
Sens. Actuators A
188
,
240
(
2012
).
6.
T. M.
Mayer
,
J. W.
Elam
,
S. M.
George
,
P. G.
Kotula
, and
R. S.
Goeke
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2883
(
2003
).
7.
M.
Ritala
and
J.
Niinistö
,
ECS Trans.
25
,
641
(
2009
).
8.
K.
Gall
,
M.
Hulse
,
M. L.
Dunn
,
D.
Finch
,
S. M.
George
, and
B. A.
Corff
,
J. Mater. Res.
18
,
1575
(
2003
).
9.
N. D.
Hoivik
,
J. W.
Elam
,
R. J.
Linderman
,
V. M.
Bright
,
S. M.
George
, and
Y. C.
Lee
,
Sens. Actuators A
103
,
100
(
2003
).
10.
C. F.
Herrmann
,
F. W.
DelRio
,
V. M.
Bright
, and
S. M.
George
,
J. Micromech. Microeng.
15
,
984
(
2005
).
11.
R. L.
Edwards
,
G.
Coles
, and
W. N.
Sharpe
, Jr.
,
Exp. Mech.
44
,
49
(
2004
).
12.
Y.
Pickhardt
and
D. L.
Smith
,
J. Vac. Sci. Technol.
14
,
823
(
1977
).
13.
Z.
Xianghui
,
A.
Beyer
, and
A.
Gölzhäuser
,
Beilstein J. Nanotechnol.
2
,
826
(
2011
).
14.
M.
Berdova
 et al. 
Acta Mater.
66
,
370
(
2014
).
15.
B.
Merle
and
M.
Göken
,
Acta Mater.
59
,
1772
(
2011
).
16.
H. R.
Shea
,
MOEMS-MEMS 2006 Micro and Nanofabrication, International Society for Optics and Photonics
,
2006
.
17.
C.
Acars
,
A. R.
Schofield
,
A. A.
Trusov
,
L. E.
Costlow
, and
A. M.
Shkel
,
Sens. J.
9
,
1895
(
2009
).
18.
R.
Osiander
,
M. A. G.
Darrin
, and
J. L.
Champion
,
MEMS and Microstructures in Aerospace Applications
(
CRC Press
,
Boca Raton, FL
,
2005
).
19.
J.
Lee
and
W. P.
King
,
Sens. Actuators A
136
,
291
(
2007
).
20.
J.
Lee
,
T. L.
Wright
,
M. R.
Abel
,
E. O.
Sunden
,
A.
Marchenkov
,
S.
Graham
, and
W. P.
King
,
J. Appl. Phys.
101
,
014906
(
2007
).
21.
O. M. E.
Ylivaara
 et al. 
Thin Solid Films
552
,
124
(
2014
).
22.
L.
Sainiemi
and
S.
Franssila
,
J. Vac. Sci. Technol. B
25
,
801
(
2007
).
23.
B.
Holm
,
R.
Ahuja
,
Y.
Yourdshahyan
,
B.
Johansson
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. B
59
,
12777
(
1999
).
24.
V.
Miikkulainen
,
M.
Leskelä
,
M.
Ritala
, and
R. L.
Puurunen
,
J. Appl. Phys.
113
,
021301
(
2013
).
25.
D. C.
Miller
,
R. R.
Foster
,
S. H.
Jen
,
J. A.
Bertrand
,
S. J.
Cunningham
,
A. S.
Morris
,
Y. C.
Lee
,
S. M.
George
, and
M. L.
Dunn
,
Sens. Actuators A
164
,
58
(
2010
).
26.
C.
Lu
,
R.
Danzer
, and
F. D.
Fischer
,
Phys. Rev. E
65
,
067102
(
2002
).
27.
R.
Danzer
,
P.
Supancic
,
J.
Pascual
, and
T.
Lube
,
Eng. Fract. Mech.
74
,
2919
(
2007
).
28.
O. M.
Jadaan
,
N. N.
Nemeth
,
J.
Bagdahn
, and
W. N.
Sharpe
, Jr.
,
J. Mater. Sci.
38
,
4087
(
2003
).
29.
F.
Ericson
and
J. Å.
Schweitz
,
J. Appl. Phys.
68
,
5840
(
1990
).
30.
S.
Greek
,
F.
Ericson
,
S.
Johansson
,
M.
Fürtsch
, and
A.
Rump
,
J. Micromech. Microeng.
9
,
245
(
1999
).
31.
K.
Hergen
,
R.
Aigner
, and
J.
Binder
,
Trans. Electron. Dev.
47
,
1522
(
2000
).
32.
T.
Tsuchiya
,
A.
Inoue
, and
J.
Sakata
,
Sens. Actuators A
82
,
286
(
2000
).
33.
H. D.
Espinosa
,
B. C.
Prorok
,
B.
Peng
,
K. H.
Kim
,
N.
Moldovan
,
O.
Auciello
,
J. A.
Carlisle
,
D. M.
Gruen
, and
D. C.
Mancini
,
Exp. Mech.
43
,
256
(
2003
).
34.
W. N.
Sharpe
, Jr.
,
J.
Bagdahn
,
K.
Jackson
, and
G.
Coles
,
J. Mater. Sci.
38
,
4075
(
2003
).
35.
J.
Meyer
,
H.
Schmidt
,
W.
Kowalsky
,
T.
Riedl
, and
A.
Kahn
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
243308
(
2010
).
36.
A. A.
Dameron
,
S. D.
Davidson
,
B. B.
Burton
,
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
, and
S. M.
George
,
J. Phys. Chem. C
112
,
4573
(
2008
).
37.
P. F.
Carcia
,
R. S.
McLean
, and
M. H.
Reilly
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
221901
(
2010
).
38.
J. C.
Grosskreutz
,
J. Electrochem. Soc.
116
,
1232
(
1969
).
39.
S. J.
Cho
,
K. J.
Yoon
,
Y. C.
Lee
, and
M. C.
Chu
,
Mater. Lett.
57
,
2751
(
2003
).
40.
A.
Bulusu
,
H.
Kim
,
D.
Samet
, and
S.
Graham
, Jr.
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
084014
(
2013
).
41.
R. L.
Puurunen
,
J.
Kiihamäki
, and
H.
Kattelus
, “
Controlling the solubility of ALD aluminium oxide in deionised water
,”
AVS Topical Conference on Atomic Layer Deposition
(
2005
).
42.
B.
Vermang
,
H.
Goverde
,
V.
Simons
,
I. De
Wolf
,
J.
Meersschaut
,
S.
Tanaka
,
J.
John
,
J.
Poortmans
, and
R.
Mertens
, “
A study of blister formation in ALD Al2O3 grown on silicon
,”
Photovoltaic Specialists Conference
(
2012
).
43.
L.
Zhang
,
H. C.
Jiang
,
C.
Liu
,
J. W.
Dong
, and
P.
Chow
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
40
,
3707
(
2007
).
44.
J. J.
Kruzic
,
R. M.
Cannon
, and
R. O.
Ritchie
.
J. Am. Ceram. Soc.
88
,
2236
(
2005
).
You do not currently have access to this content.