1、第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)續(xù)薄膜的力學(xué)性質(zhì)續(xù) 第四講第四講第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 使使薄薄膜膜處處于于壓壓應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)選選基基片片材材料料；1 1、基基片片情情況況 基基片片表表面面晶晶格格結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)須須與與薄薄膜膜相相匹匹配配；基基片片溫溫度度（淀淀積積時時）對對內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力影影響響大大。2 2、淀淀積積基基片片溫溫度度吸吸附附原原子子在在基基片片表表面面的的遷遷移移能能力力 決決定定薄薄膜膜的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、成成份份、晶晶粒粒尺尺 寸寸、晶晶面面取取向向以以及及各各種種缺缺陷陷的的 工工藝藝對對內(nèi)內(nèi)

2、應(yīng)應(yīng)力力的的影影響響基基片片情情況況，淀淀積積過過程程， 薄薄膜膜本本身身。 數(shù)數(shù)量量和和分分布布。第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 3 3、淀淀積積過過程程對對薄薄膜膜內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力的的影影響響 影影響響因因素素：淀淀積積方方式式、熱熱源源溫溫度度、淀淀積積速速率率、 入入射射角角度度和和環(huán)環(huán)境境氣氣氛氛。濺濺射射鍍鍍膜膜濺濺射射氣氣體體進(jìn)進(jìn)入入膜膜內(nèi)內(nèi)（1 1）淀淀積積方方式式 本本征征應(yīng)應(yīng)力力增增大大 蒸蒸發(fā)發(fā)鍍鍍膜膜慢慢蒸蒸本本征征應(yīng)應(yīng)力力小小淀淀積積速速率率晶晶粒粒平平均均尺尺寸寸內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力大大（2 2）例例外外：有有例例外外具具體體情情況況具具體體分分析析第

3、第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) （3 3）環(huán)環(huán)境境氣氣氛氛可可直直接接進(jìn)進(jìn)入入結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不夠夠緊緊密密的的薄薄膜膜中中， 從從而而產(chǎn)產(chǎn)生生壓壓應(yīng)應(yīng)力力。 若若薄薄膜膜中中的的殘殘余余氣氣體體再再跑跑出出來來，在在薄薄膜膜中中留留 下下空空位位和和空空位位團(tuán)團(tuán)，從從而而出出現(xiàn)現(xiàn)張張應(yīng)應(yīng)力力。高高氧氧氣氣壓壓下下靶靶表表面面氧氧化化 濺濺射射氧氧化化膜膜張張應(yīng)應(yīng)力力 鉭鉭膜膜：低低氧氧氣氣壓壓下下在在基基片片上上發(fā)發(fā)生生氧氧化化 壓壓應(yīng)應(yīng)力力第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 1091084 1015000.01104 1015005 10mmmGGT

4、GTCGGTC 代代入入上上式式得得出出薄薄膜膜的的內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力為為：薄薄膜膜材材料料的的彈彈性性模模量量泊泊松松比比，橫橫向向切切應(yīng)應(yīng)變變，縱縱向向切切應(yīng)應(yīng)變變?nèi)羧舯”∧つK塊材材，則則薄薄膜膜的的內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力張張應(yīng)應(yīng)力力若若薄薄膜膜塊塊材材 移移動動（退退火火）則則薄薄膜膜內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力變變小小注注意意：用用x x射射衍衍射射法法測測內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力，不不含含膜膜內(nèi)內(nèi)無無定定形形區(qū)區(qū)及及微微小小晶晶粒粒區(qū)區(qū)的的內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力， 因因此此比比懸懸臂臂梁梁法法測測得得數(shù)數(shù)值值要要小小。第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 2.5 薄膜的機(jī)械強(qiáng)度分為抗張強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度用硬度表示薄膜常

5、開裂薄膜的斷裂是它的應(yīng)力應(yīng)變曲線的終點抗張強(qiáng)度與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系嚴(yán)密。2.5.1 薄膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線塊材：先線性彈性階段非線性彈性階段 塑性變形薄膜：有能夠發(fā)生蠕變，由于薄膜內(nèi)的缺陷較多，遭到內(nèi)部彈性能的活化而發(fā)生了一些變化。 與塊材不同第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 2.5.2 2.5.2 薄膜的抗張強(qiáng)度薄膜的抗張強(qiáng)度薄膜的斷裂機(jī)理：在薄膜的內(nèi)部局限區(qū)域中發(fā)生塑薄膜的斷裂機(jī)理：在薄膜的內(nèi)部局限區(qū)域中發(fā)生塑 性變形，導(dǎo)致在該處變薄，結(jié)果這個區(qū)域中內(nèi)性變形，導(dǎo)致在該處變薄，結(jié)果這個區(qū)域中內(nèi) 應(yīng)力增大，出應(yīng)力增大，出 現(xiàn)小的裂紋，最后發(fā)生斷裂?，F(xiàn)小的裂紋，最后發(fā)生斷裂。薄膜特

6、點：缺陷較多，外表積與體積之比很大，薄膜特點：缺陷較多，外表積與體積之比很大， 本身有內(nèi)應(yīng)力。本身有內(nèi)應(yīng)力。薄膜的屈服強(qiáng)度：薄膜的屈服強(qiáng)度：bbifbiFfFKdKd y y塊塊材材的的屈屈服服強(qiáng)強(qiáng)度度（1 1+ +） 缺缺陷陷、雜雜質(zhì)質(zhì)對對位位錯錯的的釘釘扎扎增增強(qiáng)強(qiáng)表表面面效效應(yīng)應(yīng)增增強(qiáng)強(qiáng)常常數(shù)數(shù)，視視位位錯錯運(yùn)運(yùn)動動情情況況 薄薄膜膜厚厚度度 第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 薄膜的屈服強(qiáng)度比塊材大，由于薄膜的外表效應(yīng)，薄膜的屈服強(qiáng)度比塊材大，由于薄膜的外表效應(yīng)，如薄膜的外表積很大，抑制位錯運(yùn)動和消除位錯源。如薄膜的外表積很大，抑制位錯運(yùn)動和消除位錯源。dd強(qiáng)度強(qiáng)

7、度第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 2.6 2.6 機(jī)械強(qiáng)度的實驗方法機(jī)械強(qiáng)度的實驗方法 機(jī)機(jī)械械法法引引張張法法、膨膨脹脹法法、離離心心法法 超超聲聲法法、微微硬硬度度法法x x射射線線法法衍衍射射法法電電子子束束法法電電鏡鏡法法2.6.1 2.6.1 引張法引張法 采用微張力測試儀，察看樣品在較輕負(fù)載下的很小采用微張力測試儀，察看樣品在較輕負(fù)載下的很小伸長率。用靈敏的光學(xué)儀器丈量伸長率伸長率。用靈敏的光學(xué)儀器丈量伸長率0.5nm0.5nm第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 2.6.2 2.6.2 膨脹法膨脹法# #樣品制法：樣品制法： 將待測薄

8、膜從基片上剝離下來安裝在銅管上；將待測薄膜從基片上剝離下來安裝在銅管上； 將待測薄膜淀積在塑料膜上，然后溶去塑料膜；將待測薄膜淀積在塑料膜上，然后溶去塑料膜； 在在NaClNaCl基片基片100100面上堆積薄膜如金膜，面上堆積薄膜如金膜， 然后在薄膜質(zhì)量最正確處，用噴水法對基片進(jìn)展然后在薄膜質(zhì)量最正確處，用噴水法對基片進(jìn)展鉆鉆 孔，直到在孔底只剩下薄膜位置?？祝钡皆诳椎字皇Ｏ卤∧の恢?。# #用干涉圖像法丈量膨脹面曲率半徑在起始態(tài)和膨脹用干涉圖像法丈量膨脹面曲率半徑在起始態(tài)和膨脹態(tài)的變化，從而求出薄膜所受的應(yīng)力與應(yīng)變分別為：態(tài)的變化，從而求出薄膜所受的應(yīng)力與應(yīng)變分別為：第第四四講講 第二章第

9、二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 222002022222242 32 1342() 13FFFFPRPaPdadd hhhhhPahEhEad hEhPaa 0 00 00 0應(yīng)應(yīng)力力：，薄薄膜膜單單位位面面積積上上的的壓壓差差，膜膜厚厚，銅銅管管半半徑徑（- -）應(yīng)應(yīng)變變：膨膨脹脹面面中中心心的的起起始始高高度度，壓壓差差為為 時時膨膨脹脹面面中中心心高高度度 若若起起始始高高度度為為零零，但但薄薄膜膜的的起起始始應(yīng)應(yīng)力力卻卻不不為為零零時時，則則薄薄膜膜的的彈彈性性模模量量 泊泊松松比比可可測測量量薄薄膜膜的的應(yīng)應(yīng)力力- -應(yīng)應(yīng)變變曲曲線線第第四四講講 第二章第二章 薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的力學(xué)性質(zhì) 2.6.3 離心法離心法該法可丈量薄膜的附著力和抗張強(qiáng)度，但不能丈量該法可丈量薄膜的附著力和抗張強(qiáng)度，但不能丈量應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線。應(yīng)變曲線。 轉(zhuǎn)子由磁力懸浮在真空中，外加旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子由磁力懸浮在真空中，外加旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，調(diào)理轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并測定其甩掉薄子高速旋轉(zhuǎn)，調(diào)理轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并測定其甩掉薄