磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)鍍膜(mo)中,薄(bo)膜(mo)由于各種原因(yin)會(hui)產生內應力,不將其(qi)控(kong)(kong)制在合理的范圍內會(hui)導(dao)致(zhi)薄(bo)膜(mo)脫落(luo)等負面情況,大
大(da)減少使(shi)用(yong)壽命.內應力(li)通常由于產生(sheng)因(yin)素不同,會出現'拉應力(li)’和“壓應力(li)'兩種(zhong)情況,由于內應力(li)產生(sheng)因(yin)素較(jiao)多
三鍍膜種類方式均有不同,本(ben)文對其產生因素(su)做一個簡單概(gai)述,方便(bian)讀者在實際工作分(fen)析(xi)時有一個初步的(de)判斷
應力的定(ding)義
在材料單(dan)位面積上的作(zuo)(zuo)用力(li)稱為應力(li),如果應力(li)由溥膜受外(wai)力(li)作(zuo)(zuo)用引(yin)起的則稱為外(wai)應力(li),如果由本身原(yuan)因引(yin)起
的(de)則(ze)稱為(wei)內應(ying)力(li)
綜合來說,溥膜內應力的產(chan)生(sheng)通常是(shi)基體積(ji)變化(hua)引起的,溥膜體積(ji)變化(hua)以及應力產(chan)生(sheng)理論分析如下
(1)熱應力(li):膜(mo)基(ji)膨脹(zhang)系數不(bu)同+薄膜(mo)沉積時溫差(產生附加(jia)應力(li))→膜(mo)基(ji)結合發生形(xing)變(bian),產生熱應力(li)(2) 相變(bian)效
應(ying):氣態(tai)液態(tai)固態(tai),三態(tai)轉換時體積變化產生(sheng)內應(ying)力(3)空位(wei)的消除(chu):退火處(chu)理(li);原子(zi)擴散等消除(chu)晶格缺(que)陷,使薄膜
內部空位和孔隙消失等，會(hui)影響薄膜(mo)體積收(shou)縮(suo),產生(sheng)拉(la)應力性質的內應力
(4)界面失配:指的(de)是薄膜材(cai)料的(de)昂格結(jie)(jie)構與襯(chen)底(di)材(cai)料的(de)晶(jing)格結(jie)(jie)構不(bu)同,薄膜與襯(chen)底(di)接觸面薄膜晶(jing)格結(jie)(jie)構會形成(cheng)
類似襯(chen)底的晶(jing)格結(jie)(jie)構(gou),然后在向本來的結(jie)(jie)構(gou)慢(man)慢(man)過(guo)渡,這(zhe)個過(guo)程會產(chan)生畸變(bian),從而薄膜內部有(you)內應力
(5)雜(za)質(zhi)效(xiao)應:薄膜沉(chen)積時,殘(can)余氣體(ti)或其(qi)余雜(za)質(zhi)進入(ru)薄膜產生壓應力(li).在薄膜形(xing)成時,環(huan)境氣氛對內應力(li)有一定
響應 .一般是壓縮應力的產生與殘留氣(qi)體有密切(qie)關系(xi) .殘留氣(qi)體作為一種雜質在(zai)薄膜中埋入(ru)愈(yu)多則愈(yu)易形成
大的壓應力 .另外,由于晶粒間界擴散(san)作用,即使在低溫下也可產生雜質(zhi)擴散(san)從而形成(cheng)壓應力.
(6)原子、離子埋入(ru)效應:一方面薄膜沉積時會(hui)形(xing)成空位或填隙原子等缺陷造成薄膜體積增大,這(zhe)些(xie)空位的存(cun)在
會引起拉伸應力(li)(而非壓應力(li));另(ling)一方面(mian)反濺(jian)射(she)過程中,由于外在離子(zi)轟擊時薄膜表面(mian)原子(zi)向(xiang)內(nei)部移動(dong),導致(zhi)體(ti)
積增大.以上(shang)兩點(dian)會導致薄膜產生內應力
說(shuo)法二:當使用(yong)陰(yin)極濺射(she)法制備(bei)薄膜時往(wang)往(wang)會(hui)產生壓應(ying)力(li).這種壓應(ying)力(li)一般(ban)是(shi)濺射(she)薄膜中固(gu)有的應(ying)力(li).在(zai)陰(yin)極濺
射過(guo)程(cheng)之中(zhong)入射到胞膜上的濺射原子都有10eV左右的能量(liang),它比(bi)真(zhen)空(kong)蒸(zheng)發時的能量(liang)大約會高(gao)出1~2個數量(liang)級
因此在溥膜(mo)形(xing)成(cheng)時可(ke)能形(xing)成(cheng)空位或填隙原子(zi)等缺陷使薄膜(mo)體積增(zeng)大,另外(wai),在濺(jian)射過(guo)程中(zhong)的加(jia)速(su)粒子(zi)或加(jia)速(su)中(zhong)
性原子常以10^2~10^4 eV的能量沖擊薄膜(mo)(mo),他們除了作為雜質被薄膜(mo)(mo)捕(bu)獲以外,薄膜(mo)(mo)表面的原子也由內部移
動(dong)埋入導致溥(pu)膜體積增(zeng)大.在浦(pu)膜中形成(cheng)了壓應(ying)力(li).(注釋:加入偏壓引起的轟(hong)擊影響內(nei)應(ying)力(li))(7)表面(mian)張力(li):固體
的表(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li)(表(biao)面(mian)(mian)(mian)能(neng))大(da)約是(shi)10^2~10^3dyne/cm^2.內應力(li)中的一部分(fen)可以歸結(jie)為(wei)這種表(biao)面(mian)(mian)(mian)張力(li),但是(shi)當內應
力為10^4 dyne/cm^2時(shi),其內應力就不能作為表面(mian)張力考慮.例如在LiE薄膜形(xing)成的初階段它是島狀(zhuang)結構,這(zhe)時(shi)
的晶格間隔比(bi)塊材寬一些(xie),這樣,表面張力(li)(li)是(shi)負值.小島發生收縮(suo),對于(yu)薄膜整(zheng)體(ti)來說則形成張力(li)(li)形式(shi)的內應力(li)(li)
(8)靶電流影響:靶電流過大,導致靶材濺(jian)射(she)原子能量過高,且沉積到襯(chen)底上的原子數量會(hui)很多,這樣會(hui)便沉積演
膜存在內(nei)應力,減(jian)小結合(he)力
(9)表面張力和晶粒間界弛豫(yu) 在薄(bo)膜形(xing)成初期具(ju)有不連續結構的(de)薄(bo)膜都是由孤(gu)立小島(dao)或晶粒構成的(de),這些品(pin)
粒受(shou)基體附著力的作(zuo)用不能(neng)隨意(yi)移動,而(er)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(zhuang)態
隨著 晶(jing)(jing)粒的(de)成長(chang),晶(jing)(jing)位間隔逐漸減小并達到接(jie)近晶(jing)(jing)格常數α的(de)數量級.晶(jing)(jing)粒表(biao)(biao)面(mian)的(de)原子與另一個(ge)晶(jing)(jing)粒表(biao)(biao)面(mian)的(de)
原(yuan)子相互(hu)間受到引力作(zuo)用.相對應兩個(ge)晶(jing)粒(li)的兩個(ge)表(biao)面(mian)結合起(qi)來形成了一個(ge)晶(jing)粒(li)間界,在(zai)晶(jing)粒(li)結合時(shi)因表(biao)面(mian)
能作用形成的(de)壓縮狀態得到弛(chi)豫,晶粒再進(jin)一步(bu)長(chang)大便產生張應力。
