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1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持薄膜的残余应力、薄膜应力分析图一、薄膜应变状态与应力薄膜沉积在基体以后，薄膜处于应变状态，若以薄膜应力造成基体弯曲形变 的方向来区分，可将应力分为拉应力 (tensile stress) 和压应力(compressive stress),如图一所示。拉应力是当膜受力向外伸张，基板向内压缩、膜表面下 凹，薄膜因为有拉应力的作用，薄膜本身产生收缩的趋势，如果膜层的拉应力超 过薄膜的弹性限度，则薄膜就会破裂甚至剥离基体而翘起。压应力则呈相反的状 况，膜表面产生外凸的现象，在压应力的作用下，薄膜有向表面扩张的趋势。如 果压应力到极限时，则会使
2、薄膜向基板内侧卷曲，导致膜层起泡。数学上表示方 法为拉应力一正号、亚应力一负号。造成薄膜应力的主要来源有外应力(external stress) 、热应力(thermalstress) 及内应力(intrinsic stress) ,其中，外应力是由外力作用施加于薄 膜所引起的。热应力是因为基体与膜的热膨胀系数相差太大而引起，此情形发生 于制备薄膜畤基板的温度，冷郤至室温取出而产生。内应力则是薄膜本身与基体 材料的特性引起的，主要取决于薄膜的微观结构和分子沉积缺陷等因素，所以薄 膜彼此的界面及薄膜与基体边界之相互作用就相常重要，道完全控制于制备的参 数与技术上，此为应力的主要成因。:、薄膜应力
3、测量方法测量薄膜内应力的方法大致可分为机械法、干涉法和衍射法三大类。前两者 为测量基体受应力作用后弯曲的程度，称为曲率法；后者为测量薄膜晶格常数的畸变。（一）曲率法假设薄膜应力均匀，即可以测量薄膜蒸镀前后基体弯曲量的差值，求得实际 薄膜应力的估计值，其中膜应力与基体上测量位置的半径平方值、膜厚及泊松比 （Poissons ratio）成反比；与基体杨氏模量 （Es , Youngs modulus）、基体厚度的平方及蒸前后基体曲率（1/R）的相对差值成正比。利用这些可测量得到 的数值，可以求得薄膜残余应力的值。1、悬臂梁法薄膜沉积在基体上，基体受到薄膜应力的作用发生弯曲。当薄膜的应力为拉应力
4、时，基体表面成为凹面，若为压应力，基板的表面变为凸面。于是可以将一基体 的一端固定，另一端悬空，形成机械式悬臂梁，如图二所示。测量原理为将激光 照在自由端上的一点，并在沉积薄膜后再以相同方法测量一次，得到反射光的偏 移量，进而求得薄膜的残余应力。图二、悬臂梁法示意图2、牛顿环法本法是利用基体在镀膜后，薄膜产生的弯曲面与一参考平面，产生干涉条纹 的牛顿环，利用测量到的牛顿环间距与条纹数，推算基体的曲率半径R其中R与 牛顿环直径之平方差成正比，并与波长的 4倍、牛48环条纹数的差成反比，符所 求得的R带入牛顿环应力公式，可求出残余应力值（如图三）。图三、牛16环法示意图3、干涉仪相位移式应力测量法
5、2文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持此法是利用 Twyman-Green 干涉仪，透过CCD 获得欲测量的薄膜曲面与由PZT 控制的参考平面之干涉图 （ 图形信号 ） ，进而转化成数字信号来计算，并利用相的位移求出镀膜前后的基体曲率半径，进而求得薄膜应力值。图四、相位移Twyman-Green干涉仪（二）X射线衍射法以 X 射线衍射仪测量应力或应变，是利用 Bragg 衍射公式求出薄膜结构中微晶体晶面间距的变化来测定的。通常借着薄膜平面（film plane） 晶格常数而获得薄膜应力值。因为在应力作用下，晶格会发生畸变，从而使晶格常数发生变化，因此测量晶格畸变可以计算出薄膜的应力。3文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持