薄膜物理與技術(shù)-7薄膜的物理性質(zhì)--(1)薄膜的力學(xué)性質(zhì)

1、薄膜物理與技術(shù)宋春元 材料科學(xué)與工程學(xué)院 第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì) 概述 由于薄膜材料的不同，各種薄膜(如金屬膜、介質(zhì)膜、半導(dǎo)體膜等)都有各自不同的性質(zhì)。了解薄膜的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)，對薄膜的應(yīng)用有著十分重要的意義。第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)7.2 薄膜的電學(xué)性質(zhì)7.3 薄膜的光學(xué)性質(zhì)7.4 薄膜的磁學(xué)性質(zhì)7.5 薄膜的熱學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的主要力學(xué)性能：薄膜的主要力學(xué)性能： 附著性質(zhì)附著性質(zhì)由薄膜成長的初始階段由薄膜成長的初始階段 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 機(jī)械性能

2、機(jī)械性能第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)7.1.1 薄膜的附著力1附著現(xiàn)象 附著問題是制備薄膜時遇到的第一個問題。因?yàn)橹苽浔∧r首先考慮它是否能牢固地附著在基體上。 從宏觀角度看，附著就是薄膜和基體表面相互作用將薄膜粘附在基體上的一種現(xiàn)象。附著是與薄膜在基體上存在的耐久性及耐磨性有直接關(guān)系的重要概念。薄膜在基體上附著的牢固性因薄膜材料和基體材料的不同而不同。7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)薄膜附著的類型薄膜的附著可分為四種類型：（a）簡單附著（b）擴(kuò)散附著（c）通過中間層附著（d）宏觀效應(yīng)附著等。7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七

3、章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì) 附著的四種類型示意圖(圖7-1) 簡單附著簡單附著擴(kuò)散附著擴(kuò)散附著通過中間層附著通過中間層附著宏觀效應(yīng)附著宏觀效應(yīng)附著7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)-7.1.1 薄膜的附著力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì) (a)簡單附著： 是在薄膜和基體之間存在一個很清楚的分界面。由兩個接觸面相互吸引形成的。當(dāng)兩個不相似或不相容的表面相互接觸時就易形成這種附著。(如真空蒸鍍) 附著能附著能 : W: Wfsfs = E = Ef f + E + Es s - E - Efsfs Ef薄膜的表面能; Es基片的表面能; Efs薄膜與基片之間的界面能 7.1.1 薄膜的附著力

4、7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)兩個相似或相容的表面接觸: Efs Wfs 兩個完全不相似或不相容的表面接觸 Efs Wfs簡單物理附著簡單物理附著-薄膜與基片間的結(jié)合力薄膜與基片間的結(jié)合力-范德華力范德華力7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)(b)擴(kuò)散附著： 是由于在薄膜和基體之間互相擴(kuò)散或溶解形成一個漸變的界面。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散方法：實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散方法： 基片加熱法、離子注入法、離子轟擊法、電場吸引法?；訜岱?、離子注入法、離子轟擊法、電場吸引法。 基片加熱法：加溫基片加熱法：加溫 離子轟擊法：先在基片上淀積一層?。x

5、子轟擊法：先在基片上淀積一層薄（20-30nm20-30nm）金屬膜，）金屬膜， 再用高能（再用高能（100KeV100KeV）氬離子對它進(jìn)行轟擊）氬離子對它進(jìn)行轟擊 實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散 再鍍膜再鍍膜 電場吸引法：在基片背面鍍上導(dǎo)體加電壓電場吸引法：在基片背面鍍上導(dǎo)體加電壓 吸離子吸離子 濺射鍍膜比蒸發(fā)鍍膜附著牢，因?yàn)闉R射粒子動能大濺射鍍膜比蒸發(fā)鍍膜附著牢，因?yàn)闉R射粒子動能大 擴(kuò)散。擴(kuò)散。 (c)通過中間層的附著： 在薄膜與基片之間在薄膜與基片之間形成一個化合物形成一個化合物而而 附著，該化合物多附著，該化合物多為薄膜材料與基片材料之間的化為薄膜材料與基片材料之間的化 合物合物。由于薄膜和基體之

6、由于薄膜和基體之間有這樣一個中間層，間有這樣一個中間層， 所以兩者之間形成的附著就所以兩者之間形成的附著就沒有單沒有單純的界面純的界面。7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)方法：在基片上鍍一層薄金屬層（方法：在基片上鍍一層薄金屬層（TiTi、MoMo、TaTa、 CrCr等）等）. .然后，在其上再鍍需要的薄膜，薄然后，在其上再鍍需要的薄膜，薄 金屬奪取基片中氧金屬奪取基片中氧 中間層表面摻雜。中間層表面摻雜。 (d) 通過宏觀效應(yīng)的附著： 包括機(jī)械鎖合和雙電層吸引。 機(jī)械鎖合機(jī)械鎖合是一種宏觀的機(jī)械作用。當(dāng)基體表面比較粗糙，有各種微孔或微裂

7、縫時，在薄膜形成過程中，入射到基體表面上的氣相原子便進(jìn)入到粗糙表面的各種缺陷、微孔或裂縫中形成這種宏觀機(jī)械鎖合。如果基體表面上各種微缺陷分布均勻適當(dāng)，通過機(jī)械鎖合作用可提高薄膜的附著性能。 雙電層吸引雙電層吸引(靜電力)是由薄膜與基體間界面處形成雙電層而產(chǎn)生吸引。因薄膜和基體兩種材料的功函數(shù)不同，兩者間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移在界面兩邊積累起電荷。 7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)注注 功函數(shù)：功函數(shù)：把一個電子從固體內(nèi)部剛剛移到此物體表面所需的最少的能量。三種附著力：三種附著力： 范德華力、靜電力、化學(xué)鍵力范德華力、靜電力、化學(xué)鍵力 范德華力范德華

8、力短程力，當(dāng)吸附原子間的距離略有增加，力迅速趨短程力，當(dāng)吸附原子間的距離略有增加，力迅速趨向于向于0.0. 7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)物理吸附化學(xué)鍵力（化學(xué)吸附能化學(xué)鍵力（化學(xué)吸附能0.1-0.5eV0.1-0.5eV） 共價鍵共價鍵 離子鍵離子鍵 金屬鍵金屬鍵 價電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，價電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，短程力，不是普遍存在。短程力，不是普遍存在。靜電力靜電力薄膜和基體兩種材料的功函數(shù)不同，薄膜和基體兩種材料的功函數(shù)不同， 接觸后發(fā)生電子轉(zhuǎn)移接觸后發(fā)生電子轉(zhuǎn)移界面兩邊積界面兩邊積累正負(fù)累正負(fù) 電荷電荷 靜電吸引靜電吸引7.1.1 薄膜的附

9、著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)物理吸附能：物理吸附能：0.001eV0.1eV0.001eV0.1eV2.1.3 增加附著力的方法 清洗基片清洗基片污染物導(dǎo)致薄膜與基片不能直接接觸污染物導(dǎo)致薄膜與基片不能直接接觸范德華力大范德華力大大減弱大減弱擴(kuò)散更不可能擴(kuò)散更不可能吸附性極差吸附性極差解決方法：基片清洗解決方法：基片清洗去掉污染層（吸附層使基片去掉污染層（吸附層使基片表面的化學(xué)鍵飽和，從而薄膜的附著力差）表面的化學(xué)鍵飽和，從而薄膜的附著力差）提高提高附著性能。附著性能。7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性

10、質(zhì)提高基片溫度提高基片溫度提高溫度提高溫度, ,有利于薄膜和基片之間原子的相互擴(kuò)散有利于薄膜和基片之間原子的相互擴(kuò)散擴(kuò)散附著有利于加速化學(xué)反應(yīng)形成中間層擴(kuò)散附著有利于加速化學(xué)反應(yīng)形成中間層中間層附著中間層附著7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)須注意：須注意：TT薄膜晶粒大薄膜晶粒大熱應(yīng)力熱應(yīng)力其它性能變其它性能變7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)引入中間過渡層引入中間過渡層 某種材料與一些物質(zhì)間附著力大，與另一些物質(zhì)的某種材料與一些物質(zhì)間附著力大，與另一些物質(zhì)的附著力卻可能很小。如：附著

11、力卻可能很小。如：（1 1）二氧化硅）二氧化硅- -玻璃玻璃附著好；二氧化硅附著好；二氧化硅-KDP-KDP（磷酸二氫（磷酸二氫鉀）晶體鉀）晶體附著差附著差（2 2）金）金- -玻璃玻璃附著差；金附著差；金- -鉑、鎳、鈦、鉻等鉑、鎳、鈦、鉻等附著好附著好解決方法：在薄膜基片間加入另外一種材料，形成中間過渡層。解決方法：在薄膜基片間加入另外一種材料，形成中間過渡層。如：玻璃片上鍍金膜，先鍍很薄的鉻，鉻從氧化物基片中奪取氧如：玻璃片上鍍金膜，先鍍很薄的鉻，鉻從氧化物基片中奪取氧形成氧化物，有較強(qiáng)的附著力；然后再鍍金，金膜與鉻形成金屬形成氧化物，有較強(qiáng)的附著力；然后再鍍金，金膜與鉻形成金屬鍵，提高

12、附著性。鍵，提高附著性。沉積方式：沉積方式： 濺射強(qiáng)于蒸發(fā)，電壓（濺射）高濺射強(qiáng)于蒸發(fā)，電壓（濺射）高附著好附著好 濺射粒子動能大，轟擊表面清洗且使表面活化；濺射粒子動能大，轟擊表面清洗且使表面活化；又有利于原子向基片中擴(kuò)散，又有利于原子向基片中擴(kuò)散，附著強(qiáng)附著強(qiáng) 電鍍膜的附著性能差電鍍膜的附著性能差(有一定數(shù)量的微孔）有一定數(shù)量的微孔）7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)附著力的測試方法機(jī)械方法數(shù)種如下：機(jī)械方法數(shù)種如下：條帶法（剝離法）、引拉法、劃痕法、條帶法（剝離法）、引拉法、劃痕法、 推倒法、摩擦法、扭推倒法、摩擦法、扭曲法、離心法、

13、超聲法、振動法等。曲法、離心法、超聲法、振動法等。條帶法（條帶法（P198P198）在薄膜表面粘結(jié)上寬度一定的附著膠帶，然后以一定的角度在薄膜表面粘結(jié)上寬度一定的附著膠帶，然后以一定的角度對附著膠帶施加拉力，把附著膠帶拉下來，根據(jù)剝離情對附著膠帶施加拉力，把附著膠帶拉下來，根據(jù)剝離情況判斷附著力大小。況判斷附著力大小。7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)三種可能：薄膜隨附著帶全部從基片上剝離下來；三種可能：薄膜隨附著帶全部從基片上剝離下來； 僅部分剝離下來；僅部分剝離下來； 未剝離未剝離說明薄膜附著好說明薄膜附著好定性測量定性測量條帶法（剝離

14、法）原理圖條帶法（剝離法）原理圖7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)(2) 引拉法（定量測量）引拉法（定量測量）在薄膜上粘結(jié)一個柱狀的拉桿，在薄膜上粘結(jié)一個柱狀的拉桿，在拉桿上施加一個垂直于膜面在拉桿上施加一個垂直于膜面的拉力。如果拉掉薄膜的最小的拉力。如果拉掉薄膜的最小拉力為拉力為F F，粘結(jié)的底面面積為，粘結(jié)的底面面積為A A，則單位面積的附著力則單位面積的附著力 f=F/Af=F/A(3) 劃痕法劃痕法 用尖端圓滑鋼針劃過薄膜表面，尖端半徑約為用尖端圓滑鋼針劃過薄膜表面，尖端半徑約為0.05nm0.05nm。在鋼。在鋼針上加垂直負(fù)載，直

15、到把薄膜刻劃下來為止。針上加垂直負(fù)載，直到把薄膜刻劃下來為止。臨界負(fù)荷臨界負(fù)荷W W剛剛能將剛剛能將薄膜刻劃下來的荷載。用作薄膜附著力的薄膜刻劃下來的荷載。用作薄膜附著力的一種量度。一種量度。7.1.1 薄膜的附著力7.1 薄膜的力學(xué)性質(zhì)第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)用光學(xué)顯微鏡觀察和分用光學(xué)顯微鏡觀察和分析劃痕，必須確定臨界析劃痕，必須確定臨界負(fù)荷。薄膜的臨界負(fù)荷負(fù)荷。薄膜的臨界負(fù)荷一般為幾一般為幾- -幾百克。幾百克。單位面積臨界剪切力為：單位面積臨界剪切力為：222tanaWfPPPr PWra （等于附著力（等于附著力 P199P199）7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章

16、 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)1. 應(yīng)力的定義、產(chǎn)生原因應(yīng)力應(yīng)力：在：在材料內(nèi)部材料內(nèi)部單位面積上的作用力稱為應(yīng)力，單位面積上的作用力稱為應(yīng)力， 用用 表示。表示。外應(yīng)力外應(yīng)力：如果這種應(yīng)力是由于薄膜受外力作用引起：如果這種應(yīng)力是由于薄膜受外力作用引起 的則稱為外應(yīng)力；的則稱為外應(yīng)力；內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力：如果應(yīng)力是由薄膜本身原因引起的則稱為：如果應(yīng)力是由薄膜本身原因引起的則稱為 內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力。 它們的單位通常采用牛頓米它們的單位通常采用牛頓米2 2或或 達(dá)因厘米達(dá)因厘米2 2表示表示。內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力定義：薄膜內(nèi)部單位截面上所承受的力，稱為內(nèi)定義：薄膜內(nèi)部單位截面

17、上所承受的力，稱為內(nèi) 應(yīng)力。在內(nèi)部自己產(chǎn)生的應(yīng)力。應(yīng)力。在內(nèi)部自己產(chǎn)生的應(yīng)力。 7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)按應(yīng)力性質(zhì)分：張應(yīng)力、壓應(yīng)力按應(yīng)力性質(zhì)分：張應(yīng)力、壓應(yīng)力 張應(yīng)力張應(yīng)力：截面一側(cè)受到來自另一側(cè)的拉升方向的力。：截面一側(cè)受到來自另一側(cè)的拉升方向的力。 壓應(yīng)力壓應(yīng)力：截面一側(cè)受到來自另一側(cè)的推壓方向的力。：截面一側(cè)受到來自另一側(cè)的推壓方向的力。 張應(yīng)力過大張應(yīng)力過大薄膜開裂、基片翹曲。薄膜開裂、基片翹曲。 + + 在張應(yīng)力作用下，薄膜自身有其收縮的趨勢在張應(yīng)力作用下，薄膜自身有其收縮的趨勢 過大過大薄膜開裂。薄膜

18、開裂。壓應(yīng)力過大壓應(yīng)力過大薄膜起皺或脫落。薄膜起皺或脫落。 - - 在壓應(yīng)力作用下，薄膜內(nèi)部有向表面擴(kuò)散的趨勢在壓應(yīng)力作用下，薄膜內(nèi)部有向表面擴(kuò)散的趨勢 過大過大脫落。脫落。內(nèi)應(yīng)力按起源分：內(nèi)應(yīng)力按起源分： 熱應(yīng)力熱應(yīng)力薄膜和基片的熱脹系數(shù)不同而引起的。薄膜和基片的熱脹系數(shù)不同而引起的。 本征應(yīng)力本征應(yīng)力-來自于薄膜的結(jié)構(gòu)因素和缺陷。來自于薄膜的結(jié)構(gòu)因素和缺陷。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì) () (1)熱應(yīng)力：薄膜制備過程中，薄膜和基片溫度高，制備完后恢復(fù)到常溫。 由薄膜和基體的熱膨脹系數(shù)有所差別而引起的，是可逆的。

19、薄膜熱應(yīng)力的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 彈性模量； 薄膜的熱脹系數(shù)； 基片的熱脹系數(shù)； 薄膜淀積溫度； 測FfFSdfFSdETTETT 量溫度。 若、與溫度無關(guān)，隨溫度線性變化， 薄膜和基片熱膨脹系數(shù)越接近，熱應(yīng)力越小。FSF 界面應(yīng)力（2）本征應(yīng)力生長應(yīng)力A、在界面處薄膜與基片的結(jié)構(gòu)失配形成的內(nèi)應(yīng)力。界面應(yīng)力：B、在界面處有相當(dāng)高的缺陷密度和雜質(zhì)密度引本征應(yīng)力 起嚴(yán)重的界面失配產(chǎn)生界面應(yīng)力。生長應(yīng)力：來源于薄膜在生長過程中所形成的各種結(jié)構(gòu)缺陷。本征應(yīng)力與薄膜厚度有關(guān)。薄膜厚度小時，構(gòu)成薄膜的小島互不相連，由于小島互不相連，即使相連也呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此時內(nèi)應(yīng)力較小。隨著膜厚增加，小島互相 連接，由于小島之間晶

20、格排列的差異以及小孔的存在，使內(nèi)應(yīng)力迅速增大，并出現(xiàn)最大值。膜厚進(jìn)一步增加，并形成連續(xù)薄膜時，此時應(yīng)力減小并趨于一穩(wěn)定值。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)(1)熱收縮效應(yīng) 在薄膜形成過程中，沉積到基體上的蒸發(fā)氣相原子具有較高的動能，從蒸發(fā)源產(chǎn)生的熱輻射等使薄膜溫度上升。當(dāng)沉積過程結(jié)束，薄膜冷卻到周圍環(huán)境溫度。 7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)內(nèi)應(yīng)力的成因內(nèi)應(yīng)力的成因基片與薄膜熱膨脹系數(shù)存在差異； 基片溫度直接影響吸附原子在基片表面的遷移能力，影響薄膜的

21、結(jié)構(gòu)、晶粒的大小、缺陷的數(shù)量和分布；(2)相轉(zhuǎn)移效應(yīng) 在薄膜形成過程中發(fā)生的相轉(zhuǎn)移是從氣相到固相的轉(zhuǎn)移。在相轉(zhuǎn)移時一般都發(fā)生體積的變化。這是形成內(nèi)應(yīng)力的一個原因。 Ga膜在從液相到固相轉(zhuǎn)移時體積發(fā)生膨脹，形成的內(nèi)應(yīng)力是壓縮應(yīng)力。 Sb（銻）膜在常溫下形成時為非晶態(tài)薄膜。當(dāng)厚度超過某一個臨界值時便發(fā)生晶化。這時體積發(fā)生收縮，形成的內(nèi)應(yīng)力為張應(yīng)力。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的成因第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)(3)界面應(yīng)力 當(dāng)薄膜材料的晶格結(jié)構(gòu)與基片材料的晶格結(jié)構(gòu)不同時，薄膜最初幾層的結(jié)構(gòu)將受到基片的影響，形成接近或類似基片的晶格尺寸，然后逐

22、漸過渡到薄膜材料本身的晶格尺寸。在過渡層中的結(jié)構(gòu)畸變，將使薄膜產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。這種由于界面上晶格的失配而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為界面應(yīng)力。 為減小界面應(yīng)力，基片表面晶格結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量與薄膜相匹配。 7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的成因第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)(4)雜質(zhì)效應(yīng) 在薄膜形成時環(huán)境氣氛對內(nèi)應(yīng)力有一定影響。一般，壓縮應(yīng)力的產(chǎn)生與殘留氣體有密切關(guān)系。殘留氣體作為一種雜質(zhì)在薄膜中埋入愈多，愈易形成大的壓縮應(yīng)力。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的成因第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì) 銅膜表面遇到空氣會在表

23、面生成一層很薄的氧化層，會使薄膜增加壓應(yīng)力。 進(jìn)入薄膜的殘余氣體還可能再跑出來，在薄膜中留下空位或微孔，從而出現(xiàn)張應(yīng)力。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)懸臂梁法基片彎曲法機(jī)械方法彎盤法基片膨脹法分兩類：衍射方法 內(nèi)應(yīng)力的測試方法內(nèi)應(yīng)力的測試方法內(nèi)應(yīng)力的測試方法7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的測試方法第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)1 1、懸臂梁法懸臂梁法 P202P202 測量時常用基片測量時常用基片-云母片、玻璃片云母片、玻璃片 尺寸：尺寸：15152 2 0.0565

24、0.0565 10 10 0.15 mm0.15 mm 測量方法：目鏡直視法、各種光學(xué)法、電感法、電容法、測量方法：目鏡直視法、各種光學(xué)法、電感法、電容法、 機(jī)電法等，其中電容法的靈敏度機(jī)電法等，其中電容法的靈敏度最高。最高。 薄膜內(nèi)應(yīng)力：薄膜內(nèi)應(yīng)力： 22, 3 1SSSSSSFSSFE dEdRl dRld 、基基片片的的彈彈性性模模量量和和厚厚度度、基基片片的的曲曲率率半半徑徑和和長長度度，、薄薄膜膜厚厚度度和和變變形形量量7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的測試方法第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)2 2、彎盤法、彎盤法采用圓形基片，分別測量

25、出在淀積薄膜前后的基片采用圓形基片，分別測量出在淀積薄膜前后的基片的曲率半徑的曲率半徑R R1 1和和R R2 2，則薄膜單位寬度的應(yīng)力為：，則薄膜單位寬度的應(yīng)力為：22111()6、分別為基片的彈性模量和厚度SSFSSE dSdRREd 基片：玻璃、石英、單晶硅基片：玻璃、石英、單晶硅 尺寸：尺寸：0.130.1318-0.2218-0.223030，光學(xué)拋光，光學(xué)拋光測量方法：牛頓環(huán)法測量方法：牛頓環(huán)法( (常用常用) )、x x射線衍射法、光纖法等。射線衍射法、光纖法等。7.1.2 薄膜的內(nèi)應(yīng)力-內(nèi)應(yīng)力的測試方法第七章第七章 薄膜的物理性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)- -之薄膜的力學(xué)性質(zhì)之薄膜的力學(xué)性質(zhì)X X射線衍射法可以測量出薄膜結(jié)構(gòu)的面間距，將測量值與材料射線衍射法可以測量出薄膜結(jié)構(gòu)的面間距，將測量值與材料的標(biāo)準(zhǔn)面間距對比，可以求出薄膜的應(yīng)變，得到內(nèi)應(yīng)力。的標(biāo)準(zhǔn)面間距對比，可以求出薄膜的應(yīng)變，得到內(nèi)應(yīng)力。000si