第四讲薄膜材料物理第二章薄膜的力学性质.pptx

第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.4 2.4 内应力的测试方法内应力的测试方法第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 1、悬臂梁法悬臂梁法测量时常用基片测量时常用基片云母片、玻璃片云母片、玻璃片 尺寸：尺寸：152 0.0565 10 0.15mm3测量方法：目镜直视法、各种光学法、电感法、电容法、测量方法：目镜直视法、各种光学法、电感法、电容法、机电法等，其中电容法的灵敏度最高。机电法等，其中电容法的灵敏度最高。薄膜内应力：薄膜内应力：第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2 2、弯盘法、弯盘法采用圆形基片，分别测量出在淀积薄膜前后的基片采用圆形基片，分别测量出在淀积薄膜前后的基片的曲率半径的曲率半径R R1 1和和R R2 2，则薄膜单位宽度的应力为：，则薄膜单位宽度的应力为：基片：玻璃、石英、单晶硅基片：玻璃、石英、单晶硅 尺寸：尺寸：0.130.1318-0.2218-0.223030，光学抛光，光学抛光测量方法：牛顿环法测量方法：牛顿环法(常用常用)、x x射线衍射法、光纤法等。射线衍射法、光纤法等。第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 3 3、x x射线衍射法射线衍射法测试前，用标准的硅单晶样品测试前，用标准的硅单晶样品标定装置误差。标定装置误差。薄膜厚度薄膜厚度30nm,30nm,观测衍射峰最大值所对应的布拉格观测衍射峰最大值所对应的布拉格（BraggBragg）角）角，并比较薄膜的，并比较薄膜的和块状的和块状的角。角。第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.5 2.5 薄膜的机械强度薄膜的机械强度分为抗张强度、耐压强度（用硬度表示）分为抗张强度、耐压强度（用硬度表示）薄膜常开裂薄膜常开裂薄膜的断裂是它的应力薄膜的断裂是它的应力应变曲线应变曲线的终点的终点抗张强度与应力抗张强度与应力应变关系紧密。应变关系紧密。2.5.1 薄膜的应力薄膜的应力应变曲线应变曲线块材：先线性弹性阶段块材：先线性弹性阶段非线性弹性阶段非线性弹性阶段 塑性变形塑性变形薄膜：有可能发生蠕变，因为薄膜内的缺陷较多，薄膜：有可能发生蠕变，因为薄膜内的缺陷较多，受到内部弹性能的活化而发生了一些变化。受到内部弹性能的活化而发生了一些变化。与块材不同与块材不同第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.5.2 2.5.2 薄膜的抗张强度薄膜的抗张强度薄膜的断裂机理：在薄膜的内部局限区域中发生塑薄膜的断裂机理：在薄膜的内部局限区域中发生塑 性变形，导致在该处变薄，结果这个区域中内性变形，导致在该处变薄，结果这个区域中内 应力增大，出应力增大，出 现小的裂纹，最后发生断裂。现小的裂纹，最后发生断裂。薄膜特点：缺陷较多，表面积与体积之比很大，薄膜特点：缺陷较多，表面积与体积之比很大，本身有内应力。本身有内应力。薄膜的屈服强度：薄膜的屈服强度：第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 薄膜的屈服强度比块材大，因为薄膜的表面效应，薄膜的屈服强度比块材大，因为薄膜的表面效应，如薄膜的表面积很大，抑制位错运动和消除位错源。如薄膜的表面积很大，抑制位错运动和消除位错源。dd强度强度第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.6 机械强度的试验方法机械强度的试验方法2.6.1 2.6.1 引张法引张法 采用微张力测试仪，观察样品在较轻负载下的很小伸采用微张力测试仪，观察样品在较轻负载下的很小伸长率。用灵敏的光学仪器测量伸长率（长率。用灵敏的光学仪器测量伸长率（0.5nm0.5nm）第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.6.2 2.6.2 膨胀法膨胀法#样品制法：样品制法：将待测薄膜从基片上剥离下来安装在铜管上；将待测薄膜从基片上剥离下来安装在铜管上；将待测薄膜淀积在塑料膜上，然后溶去塑料膜；将待测薄膜淀积在塑料膜上，然后溶去塑料膜；在在NaClNaCl基片（基片（100100）面上沉积薄膜（如金膜），）面上沉积薄膜（如金膜），然后在薄膜质量最佳处，用喷水法对基片进行钻然后在薄膜质量最佳处，用喷水法对基片进行钻 孔，直到在孔底只剩下薄膜位置。孔，直到在孔底只剩下薄膜位置。#用干涉图像法测量膨胀面曲率半径在起始态和膨胀用干涉图像法测量膨胀面曲率半径在起始态和膨胀态的变化，从而求出薄膜所受的应力与应变分别为：态的变化，从而求出薄膜所受的应力与应变分别为：第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 第第四四讲讲 第二章第二章 薄膜的力学性质薄膜的力学性质 2.6.3 离心法离心法该法可测量薄膜的附着力和抗张强度，但不能测该法可测量薄膜的附着力和抗张强度，但不能测量应力量应力-应变曲线。应变曲线。转子由磁力悬浮在真空中，外加旋转磁场，使转转子由磁力悬浮在真空中，外加旋转磁场，使转子高速旋转，调节转子的转速，并测定其甩掉薄子高速旋转，调节转子的转速，并测定其甩掉薄膜时的转速（转数膜时的转速（转数n n）对于转子单位长度上薄膜受的离心力：对于转子单位长度上薄膜受的离心力：