１２５薄膜应力测量研究现状Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ徐鹏１，２张萌２Ｘｕ　ＰｅｎｇＺｈａｎｇ　Ｍｅｎｇ（１．南昌大学分析测试中心；　２．南昌大学材料科学与工程学院，　南昌３３００４７）（１．Ａｎａｌｙｚｅ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；２．Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００４７）摘要：　本文总结了薄膜应力的一些测量方法，对一些主要测量方法的基本原理及各自的特点进行了综述。探讨了薄膜应力研究的发展方向。关键词：　薄膜；　应力中图分类号：ＴＨ１６ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２－（２００６）１２－０１２５－０２引言随着传统光学、信息光学、半导体学、电学、材料学等的不断进步，以及计算机技术、真空技术、光电子技术、测控技术的飞速发展，薄膜光学器件以及薄膜电子器件得到了日益广泛的应用。但是薄膜应力的存在直接影响薄膜元器件的成品率、稳定性和可靠性［１，２］。因此，研究薄膜应力显得尤为重要。薄膜应力的产生原因很复杂，许多人对薄膜应力产生原因进行了大量的研究，提出了各种理论基础。归结为以下两个方面：　一方面是由于薄膜和基体的热膨胀不同而引起的。在镀膜的过程中，薄膜和基体的温度都同时升高，而在镀膜后，下降到初始温度时，由于薄膜和基体的热膨胀系数不同，便产生了内应力，一般称之为热应力，这种现象称作双金属效应，但由这种效应引起的热应力不能认为是本质的论断。薄膜热应力指的是在变温的情况下，由于受约束的薄膜的热胀冷缩效应而引起的薄膜内应力。另一方面是薄膜生长过程中的非平衡性或薄膜特有的微观结构引起的，主要是指薄膜在形成过程中的内应力，也称为本征应力。本征应力又可分为界面应力和生长应力。界面应力来源于薄膜与基体在接触界面处的晶格错配或很高的缺陷密度，而生长应力则与薄膜生长过程中各种结构缺陷的运动密切相关。本征应力与薄膜的制备方法及工艺过程密切相关，且随着薄膜和基体材料的不同而不同。１薄膜应力的测量方法关于薄膜应力的测量始于１８７７年，但首次成功测得电镀膜内应力是在１９０９年Ｓｔｏｎｅｙ利用基底的变形完成的。此后，大部分测量都采用了相类似的方法。实际上，应力与应变是同一个问题的两个不同方面，因此测量应力与测量应变具有同样的效果。在薄膜应力研究中一般只考虑宏观应力，那么薄膜应力测量首先是以应变测量为基础，然后根据材料力学和弹性力学理论进行计算，从而得到薄膜应力的数值。从总体看，目前用于测量薄膜应力的方法主要有三类：基片变形法、Ｘ衍射法、拉曼光谱法　［３，４］。１．１基片变形法沉积在基片上薄膜的应力会造成基片的弹性弯曲，通过测量薄膜沉积前、后基片弯度或曲率半径的变化，可以测量薄膜内的平均应力［５］。固定矩形薄基片的一端并测出其初始位置，然后在薄膜表面镀膜，薄膜内应力使薄片自由端产生变形，测出薄片自由端的位移，根据材料力学公式，确定内应力。Ｂｅｒｒｙ等人对镀膜后的悬臂变形进行了更深入的力学分析，对悬臂梁法的Ｓｔｏｎｅｙ公式进行修正，修正后的悬臂法测量薄膜应力的公式为式中，Ｅｓ为基片的杨氏模量；　Ｕｓ为基片的泊松比；　Ｌ为基片长度；　ｔｓ为基片厚度；　ｔｆ为薄膜厚度。

图一悬臂法测量应力的示意图１．２Ｘ射线衍射法［６－８］当有应力作用于晶体时，其晶格将发生畸变，从而晶格常数也变化；　反之假如能测量出晶格的畸变，也就能计算出★基金项目：南昌大学校基金薄膜应力测量研究现状１２６