磁控濺射鍍膜中,薄膜由于各種原因會產生內應力,不將其控制在合理的范圍內會導致薄膜脫落等負面情況,大
大減少使用壽命.內應力通常由于產生因素不同,會出現'拉應力’和“壓應力'兩種情況,由于內應力產生因素較多
三鍍膜種類方式均有不同,本文對其產生因素做一個簡單概述,方便讀者在實際工作分析時有一個初步的判斷
應力的定義
在材料單位面積上的作用力稱為應力,如果應力由溥膜受外力作用引起的則稱為外應力,如果由本身原因引起
的則稱為內應力
綜合來說,溥膜內應力的產生通常是基體積變化引起的,溥膜體積變化以及應力產生理論分析如下
(1)熱應力:膜基膨脹系數不同+薄膜沉積時溫差(產生附加應力)→膜基結合發生形變,產生熱應力(2) 相變效
應:氣態液態固態,三態轉換時體積變化產生內應力(3)空位的消除:退火處理;原子擴散等消除晶格缺陷,使薄膜
內部空位和孔隙消失等，會影響薄膜體積收縮,產生拉應力性質的內應力
(4)界面失配:指的是薄膜材料的昂格結構與襯底材料的晶格結構不同,薄膜與襯底接觸面薄膜晶格結構會形成
類似襯底的晶格結構,然后在向本來的結構慢慢過渡,這個過程會產生畸變,從而薄膜內部有內應力
(5)雜質效應:薄膜沉積時,殘余氣體或其余雜質進入薄膜產生壓應力.在薄膜形成時,環境氣氛對內應力有一定
響應 .一般是壓縮應力的產生與殘留氣體有密切關系 .殘留氣體作為一種雜質在薄膜中埋入愈多則愈易形成
大的壓應力 .另外,由于晶粒間界擴散作用,即使在低溫下也可產生雜質擴散從而形成壓應力.
(6)原子、離子埋入效應:一方面薄膜沉積時會形成空位或填隙原子等缺陷造成薄膜體積增大,這些空位的存在
會引起拉伸應力(而非壓應力);另一方面反濺射過程中,由于外在離子轟擊時薄膜表面原子向內部移動,導致體
積增大.以上兩點會導致薄膜產生內應力
說法二:當使用陰極濺射法制備薄膜時往往會產生壓應力.這種壓應力一般是濺射薄膜中固有的應力.在陰極濺
射過程之中入射到胞膜上的濺射原子都有10eV左右的能量,它比真空蒸發時的能量大約會高出1~2個數量級
因此在溥膜形成時可能形成空位或填隙原子等缺陷使薄膜體積增大,另外,在濺射過程中的加速粒子或加速中
性原子常以10^2~10^4 eV的能量沖擊薄膜,他們除了作為雜質被薄膜捕獲以外,薄膜表面的原子也由內部移
動埋入導致溥膜體積增大.在浦膜中形成了壓應力.(注釋:加入偏壓引起的轟擊影響內應力)(7)表面張力:固體
的表面張力(表面能)大約是10^2~10^3dyne/cm^2.內應力中的一部分可以歸結為這種表面張力,但是當內應
力為10^4 dyne/cm^2時,其內應力就不能作為表面張力考慮.例如在LiE薄膜形成的初階段它是島狀結構,這時
的晶格間隔比塊材寬一些,這樣,表面張力是負值.小島發生收縮,對于薄膜整體來說則形成張力形式的內應力
(8)靶電流影響:靶電流過大,導致靶材濺射原子能量過高,且沉積到襯底上的原子數量會很多,這樣會便沉積演
膜存在內應力,減小結合力
(9)表面張力和晶粒間界弛豫 在薄膜形成初期具有不連續結構的薄膜都是由孤立小島或晶粒構成的,這些品
粒受基體附著力的作用不能隨意移動,而且表面張力是壓縮性的:它要向外擴展,于是顯示一種壓縮應力狀態
隨著 晶粒的成長,晶位間隔逐漸減小并達到接近晶格常數α的數量級.晶粒表面的原子與另一個晶粒表面的
原子相互間受到引力作用.相對應兩個晶粒的兩個表面結合起來形成了一個晶粒間界,在晶粒結合時因表面
能作用形成的壓縮狀態得到弛豫,晶粒再進一步長大便產生張應力。
