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薄膜内应力的定义及分类

    在薄膜内部任一截面上,单位截面的一侧受到另一侧施加的力称为薄膜的内应力。内应力一般用。表示,其单位为N/m2。用真空蒸发、溅射、气相生长等方法制作的薄膜都有内应力,内应力*时可达(10)9 N/m2,过大的内应力会使薄膜开裂或起皱脱落,使薄膜元器件失效。
    内应力可分为张应力和压应力两大类。截面的一侧受到来自另一侧的拉伸方向的力时,称为张应力;而受到推压方向的力时,称为压应力。过大的张应力使薄膜开裂;过大的压应力使薄膜起皱或脱落,一般习惯上对张应力取正号,对压应力取负号。
    内应力从其起源来分,可分为热应力和本征应力。在制备薄膜的过程中,薄膜和基片都处于比较高的温度,当薄膜制备完以后,它与基片又都恢复到常温状态,由于薄膜和基片的热膨胀系数有差别,这样在薄膜内部就会产生应力,这种由热效应产生的应力称为热应力。当薄膜和基片的热膨胀系数与温度无关时,热应力随温度作线性变化,薄膜和基片的热膨胀系数越接近,热应力也就越小。
    薄膜的形成过程中由缺陷等原因而引起的内应力称为本征应力。从总内应力减去热应力就是本征应力的值。本征应力与薄膜厚度有关。在薄膜厚度很小时,构成薄膜的小岛互不相连,即使相连也呈网状结构,此时的内应力较小。随着膜厚的增加,小岛互相连接,由于小岛之间晶格排列的差异以及小孔洞的存在,使内应力迅速增大,并出现*值。膜厚进一步增加,并形成连续薄膜时,膜中不再有小孔洞存在,此时应力减小并趋于一稳定值。