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 應(yīng)力一般指物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力，簡單來講，如圖1所示物體受到沿截面法線方向受到拉伸，從而該外力的反作用力，稱為拉伸應(yīng)力，反之，稱為壓縮應(yīng)力。

圖1

薄膜沉積在基體以后，由于薄膜成分、晶格匹配、晶粒尺寸的影響生成了本征應(yīng)力，以及由于材料熱膨脹系數(shù)不匹配形成的熱應(yīng)力，二者進(jìn)一步作用形成了薄膜的殘余應(yīng)力。若以薄膜應(yīng)力造成基體彎曲形變的方向來區(qū)分，可將應(yīng)力分為拉（張）應(yīng)力(tensile stress)和壓應(yīng)力 (compressive stress)，如圖2所示。拉應(yīng)力是當(dāng)膜受力向外伸張，基板向內(nèi)壓縮、膜表面下凹，薄膜因?yàn)橛欣瓚?yīng)力的作用，薄膜本身產(chǎn)生收縮的趨勢，如果膜層的拉應(yīng)力超過薄膜的彈性限度，則薄膜就會破裂甚至剝離基體而翹起。壓應(yīng)力則呈相反的狀況，膜表面產(chǎn)生外凸的現(xiàn)象，在壓應(yīng)力的作用下，薄膜有向表面擴(kuò)張的趨勢。如果壓應(yīng)力到極限時，則會使薄膜向基板內(nèi)側(cè)卷曲，導(dǎo)致膜層起泡。數(shù)學(xué)上表示方法為拉應(yīng)力正號、壓應(yīng)力負(fù)號。

圖2、薄膜應(yīng)變狀態(tài)與應(yīng)力

那么薄膜的應(yīng)力如何檢測呢？常規(guī)的測試方法主要有，懸臂梁法、牛頓環(huán)法、X射線衍射法、激光曲率法。其中，最為常用的為激光曲率法，其測試 原理如下：

圖3

圖3為光杠桿測量系統(tǒng)原理示意圖，其中l(wèi)和D分別表示試片(Sample)和激光探測器(0ptical Detector)測定的激光束移動距離，H1和H2從分別表示試片與半透鏡(Pellicle Mirror)、以及半透鏡與光學(xué)傳感器之間的光程長(H1+H2)為總光程長。入射激光束的位置保持不變，試片水平運(yùn)動步長l時，反射激光束偏轉(zhuǎn)距離為 D。D與l之間存在線性關(guān)系，試片的曲率半徑 R可由下式求出:

分別測得基片的初始曲率半徑R和單面鍍膜后的曲率半徑R，由Stoney公式可以求得薄膜的殘余應(yīng)力。

上式中，σfilm表示被剝離薄膜的平均殘余應(yīng)力，Es和vs分別為基片的楊氏模量和泊松比，ts和tf分別為基片和薄膜的厚度，Rs和Rf分別為基片初始和單面鍍膜后的曲率半徑。

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