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薄膜內(nèi)應(yīng)力的定義及分類(lèi)

    在薄膜內(nèi)部任一截面上,單位截面的一側(cè)受到另一側(cè)施加的力稱(chēng)為薄膜的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力一般用。表示,其單位為N/m2。用真空蒸發(fā)、濺射、氣相生長(zhǎng)等方法制作的薄膜都有內(nèi)應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力*時(shí)可達(dá)(10)9 N/m2,過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力會(huì)使薄膜開(kāi)裂或起皺脫落,使薄膜元器件失效。
    內(nèi)應(yīng)力可分為張應(yīng)力和壓應(yīng)力兩大類(lèi)。截面的一側(cè)受到來(lái)自另一側(cè)的拉伸方向的力時(shí),稱(chēng)為張應(yīng)力;而受到推壓方向的力時(shí),稱(chēng)為壓應(yīng)力。過(guò)大的張應(yīng)力使薄膜開(kāi)裂;過(guò)大的壓應(yīng)力使薄膜起皺或脫落,一般習(xí)慣上對(duì)張應(yīng)力取正號(hào),對(duì)壓應(yīng)力取負(fù)號(hào)。
    內(nèi)應(yīng)力從其起源來(lái)分,可分為熱應(yīng)力和本征應(yīng)力。在制備薄膜的過(guò)程中,薄膜和基片都處于比較高的溫度,當(dāng)薄膜制備完以后,它與基片又都恢復(fù)到常溫狀態(tài),由于薄膜和基片的熱膨脹系數(shù)有差別,這樣在薄膜內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,這種由熱效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為熱應(yīng)力。當(dāng)薄膜和基片的熱膨脹系數(shù)與溫度無(wú)關(guān)時(shí),熱應(yīng)力隨溫度作線性變化,薄膜和基片的熱膨脹系數(shù)越接近,熱應(yīng)力也就越小。
    薄膜的形成過(guò)程中由缺陷等原因而引起的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為本征應(yīng)力。從總內(nèi)應(yīng)力減去熱應(yīng)力就是本征應(yīng)力的值。本征應(yīng)力與薄膜厚度有關(guān)。在薄膜厚度很小時(shí),構(gòu)成薄膜的小島互不相連,即使相連也呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),此時(shí)的內(nèi)應(yīng)力較小。隨著膜厚的增加,小島互相連接,由于小島之間晶格排列的差異以及小孔洞的存在,使內(nèi)應(yīng)力迅速增大,并出現(xiàn)*值。膜厚進(jìn)一步增加,并形成連續(xù)薄膜時(shí),膜中不再有小孔洞存在,此時(shí)應(yīng)力減小并趨于一穩(wěn)定值。

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