应力对薄膜结构与性能影响的研究现状

产生薄膜应力是在沉积薄膜过程中普遍存在的现象。薄膜应力的存在将影响薄膜的微观结构和性能,如薄膜的光学、力学等物理性能。同时影响到薄膜与基体材料的结合度以及基体材料的基本性能。主要总结了薄膜应力的产生机理、测试方法及其对薄膜结构和性能的影响,同时对薄膜应力的有效控制提出了展望。     

多层薄膜的热应力研究

薄膜的应力对薄膜性能有着重要的影响.考虑了各个膜层弹性模量不同的情况,建立了多层薄膜热应力的数理模型,计算了典型多层薄膜体系中应力的分布.如果使用0级近似,每层薄膜中的热应力是由基底和膜层之间的热失配决定的,而不受其它膜层的约束;而使用一级近似,每一膜层中的热应力受其它膜层的影响.这种方法为多层薄膜应力的评价提供了依据.     

基于AlN基板的不同Al组分的AlGaN材料生长

采用脉冲法生长了200nm厚的AlN薄膜,其XRD摇摆曲线的半高宽为130aresec,表面粗糙度为2.021nm.以此AIN层为基板生长了不同Al组分的AlGaN薄膜,高分辨率XRD测试发现,随Al组分的增加,AlN基板层对AlGaN薄膜施加的压应力增大,同时,AlGaN薄膜在生长合并过程中产生的张应力也增大.在Al组分为0.67时,发现这两种应力处于一种平衡的状态,此时的AlGaN薄膜有最优的结晶质量.     

离子束轰击对电子束蒸发制备二氧化钛薄膜应力的影响

在硅基底上用电子束蒸发方法制备了二氧化钛薄膜.通过XRD、AFM和薄膜应力测试仪研究了离子束轰击对薄膜应力的影响规律.结果表明沉积温度为323K、沉积速率为0.2nm·s-1时,二氧化钛薄膜具有较小的应力值,平均应力为48.2MPa.用能量为113eV的离子束轰击300s时,平均应力由72.9MPa的张应力变为16.7MPa的压应力.二氧化钛薄膜的微观结构变化是影响薄膜应力的主要因素.     

衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响

采用射频磁控溅射法分别在不同温度衬底上制备了厚度为320nm的ZnS薄膜,用XRD和光学相移技术研究了不同衬底温度下薄膜的微结构和应力.结果表明:不同温度衬底上沉积的ZnS薄膜均呈多晶状态,衬底温度由50℃上升到400℃的过程中,其择优取向发生了变化,晶粒有明显的生长方向;ZnS薄膜应力随着衬底温度升高逐渐减小,衬底温度在250～350℃之间的ZnS薄膜应力较小且在选区内分布比较均匀.     

离子束辅助沉积和真空退火对硫化锌薄膜应力的影响

在硅基底上用电子束蒸发方法制备了硫化锌薄膜.通过XRD和薄膜应力测试仪研究了离子束辅助沉积和真空退火对硫化锌薄膜应力的影响规律.结果表明,未采用离子辅助技术制备的硫化锌薄膜为压应力,平均应力值为110.6 MPa,当采用离子束辅助工艺时硫化锌薄膜的压应力增加了62.3MPa.真空退火使硫化锌薄膜的平均应力大约降低了二分之一.硫化锌薄膜的微观结构变化是影响薄膜应力的主要因素.     

一种新型压磁薄膜

在硅橡胶基体中复合非晶Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9粉体,制得一种具有压磁特性的复合薄膜,并对一些影响因素进行了初步探讨.实验表明,该复合薄膜具有灵敏的压磁特性,尤其在＜120kPa微应力,测试频率低于400kHz时,压磁效应最好.在相同测试频率下,压应力与应力阻抗值成正比关系;薄膜中非晶粉体越细、粉体含量越高,薄膜越薄,其压磁效应越大.     

张应力对FeCoSiB非晶薄膜磁特性的影响

采用磁控溅射方法,在弯曲的玻璃基片上制备出受张应力作用的FeCoSiB非晶薄膜,研究了张应力大小对FeCoSiB薄膜的磁畴、矫顽力、剩磁、各向异性场等磁特性的影响.结果表明,薄膜的畴结构显著依赖于张应力,其磁畴宽度随张应力增加而增加;张应力导致FeCoSiB薄膜内形成较强的磁各向异性,其各向异性随应力的增大而增大.     

薄膜应力的研究进展

薄膜应力对薄膜性能具有重要的影响。主要介绍了薄膜应力形成机理和应力实验的研究进展,并探讨了薄膜应力研究的发展趋势。通过选择适当的工艺条件以及表面处理可以改变薄膜的应力分布,提高薄膜的性能。     

类金刚石薄膜残余应力的研究进展

类金刚石薄膜由于存在很大的残余应力,在实际应用中薄膜易产生裂纹、破裂甚至脱落。这些问题导致类金刚石薄膜在使用过程中过早失效。因此,缓解残余应力是类金刚石薄膜急需解决的问题和实际应用的需要。介绍了类金刚石薄膜残余应力的产生,对国内外调控残余应力的途径以及研究进展进行综述。使用有限元分析法模拟薄膜的残余应力可为类金刚石薄膜的制备和工艺设计提供参考。