销售咨询热线:
18911365393
产品目录
技术文章
首页 > 技术中心 > 那些关于薄膜应力的小知识你都知道吗?

那些关于薄膜应力的小知识你都知道吗?

 发布时间:2020-11-11 点击量:441
  薄膜由它所附着的基体支承着,薄膜的结构和性能受到基体材料的重要影响。因此薄膜与基体之间构成相互联系、相互作用的统一体,这种相互作用宏观上以两种力的形式表现出来:其一是表征薄膜与基体接触界面间结合强度的附着力;其二则是反映薄膜单位截面所承受的来自基体约束的作用力—薄膜应力。薄膜应力在作用方向上有张应力和压应力之分。若薄膜具有沿膜面收缩的趋势则基体对薄膜产生张应力,反之,薄膜沿膜面的膨胀趋势造成压应力。
  1、一次应力 为平衡压力与其它机械载荷所必须的法向应力或剪应力。一次应力分为以下三类: 1.一次总体薄膜应力 是影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力(primary membrane stress)。在塑性流动过程之中一次总体薄膜应力不会重新分布,它将直接导致结构破坏。
  2.一次局部薄膜应力 应力水平大于一次总体薄膜应力,但影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力。当结构局部发生塑性流动时,这类应力将重新分布。若不加以限制,则当载荷从结构的某一高应力区传递到另一低应力区时,会产生过量塑性变形而导致破坏。
  3. 一次弯曲应力 平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线性分布的弯曲应力。二次应力 为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所须的法向应力或剪应力。二次应力的基本特征是具有自限性,即局部屈服和小量变形就可以使约束条件或变形连续要求得到满足,从而变形不再继续增大。只要*加载,二次应力不会导致结构破坏。峰值应力 由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加在一次加二次应力上的应力增量。
  常用的薄膜的应力控制方法大致有:
  (1)要消除薄膜中的热应力,根本的方法就是选用热膨胀系数相同的薄膜和基片材料。
  (2) 热退火处理。
  薄膜中存在的各种缺陷是产生本征应力的主要原因。这些缺陷一般都是非平衡缺陷,故有自行消失的倾向。但是, 要发生消失, 需要外界给以活化能。在对薄膜热处理时, 外界给以热能,非平衡缺陷大量消失, 因此薄膜内应力显著降低。
  (3)通过适当的掺杂, 使基底与薄膜的表面电子密度差降低, 即可减小残余应力。
  (4)通过添加亚层控制多层膜应力。
  在镀制多层高反、增透或其它介质膜的过程中, 膜料应力性质相同,这样就会增大整个膜
  层的应力, 导致薄膜破裂或脱落。利用应变相消的原理, 在膜层与膜层之间再沉积一层薄膜,
  控制工艺使膜内呈现与结构薄膜相反的应力状态, 来缓解应力带来的破坏作用。
  (5)通过改变工艺参数控制应力。
  镀膜过程中工艺参数的改变会直接影响薄膜中的终残余应力水平,通过调整镀膜时的基底温度、工作气压、沉积速率等工艺参数可以控制薄膜中应力的大小,甚至会改变应力的性质。
  (6)通过改进沉积技术控制应力。
  在磁控溅射沉积薄膜过程中, 随着射频源功率的变化, 沉积原子的动能也发生改变,界面扩散层结构和膜层结构的缺陷浓度也随之变化。