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薄膜应力的分析方法

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:薄膜淀积在基体以后,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和压应力。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,而自身产生收缩的趋势。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。

薄膜应力的分析方法

薄膜淀积在基体以后,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)。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,而自身产生收缩的趋势。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,会导致薄膜的劈裂或脱落。由于薄膜与基体是两种材料,热应力不同,在不同的温度区域(尤其在高温时)会有不同的应力特征,薄膜应力对于材料与器件的力学特性与可靠性,及其对于电学器件的电特性(见利用拉应力与压应力提高载流子迁移率)都会产生影响。薄膜应力的表征测量方法大致可分为曲率法与X射线衍射法。

曲率法利用测量曲率的变化从而计算出应力,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(Poisson's ratio)成反比;与基体杨氏模量(Es,Young's modulus)、基体厚度的平方及蒸镀前后基体曲率(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。(www.xing528.com)

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