薄膜X射线应力分析技术的研究

由于Ｘ射线薄膜衍射几何的特点，致使薄膜Ｘ射线应力分析的精度很难达到常规应力分析水平，本研究采用真空光，内标校正的途径来提高薄膜Ｘ射线应力分析的精度，同时，为了测定薄膜生长过程中的生长应力，文中还介绍了高温薄膜应力分析的技术。     

C^＋离子注入与CoSi2薄膜就力的研究

根据改进的Thomas-Fermi-Dirac模型，分析了CoSi2薄膜中本征应力的起源，证明了基体与薄膜的原子表面电子密度差是薄膜本征应力的来源。实验在Si(100）基体注入碳离子（C^ ），然后沉积钴（Co）薄膜，再进行快速退火（Rapid Thermal Annealing，简称RTA）形成二硅化钴（CoSi2）薄膜，发现薄膜中的应力随C^ 离子注入剂量的增加而减少，理论计算了由C^ 离子注入引起的应力减小的数值，并与实验结果进行了比较。     

钙钛矿锰氧化物薄膜应变效应的研究进展

钙钛矿锰氧化物薄膜具有庞磁电阻效应和较大的自旋极化率.对其进行深入研究,将有益于促进自旋电子学器件的发展.在对钙钛矿锰氧化物薄膜研究进行总结回顾的基础上,概述了晶格失配、应力和晶格弛豫之间的关系,介绍了应力效应对钙钛矿锰氧化物薄膜的磁电耦合效应、相分离等物理性质的影响,发现薄膜与衬底间的失配应力和薄膜厚度变化引起的应力弛豫是影响薄膜行为的主要因素.研究同时发现,针对钙钛矿锰氧化物薄膜应变效应的界面结构设计、磁电耦合的微观物理机制、器件应用等方面的研究将成为今后的研究热点.     

NaF薄膜的结构与应力分析

采用脉冲激光沉积（PLD）法在Si（100）衬底上生长了NaF薄膜．分别用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）对薄膜的微观结构、表面形貌以及薄膜应力进行了表征与分析．AFM测试结果表明，低激光能量密度下制备的薄膜表面均匀、致密，均方根粗糙度（Rms）仅为0．538nm；XRD分析结果表明，用脉冲激光沉积方法制备的氟化钠薄膜在（222）晶面有明显的择优取向．应力分析薄膜的残余应力为压应力，应力大小随激光能量密度的增加而增加；XPS分析结果表明，热蒸发制备的NaF薄膜氧含量明显高于PLD方法制备的NaF薄膜的氧含量．热蒸发方法制备的薄膜中的氧含主要来源于水中的氧，PLD方法制备的薄膜中的氧主要来源于游离态氧，说明PLD方法制备的薄膜不容易潮解．     

PECVD法在聚酰亚胺上沉积氮化硅薄膜的工艺研究

采用了等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在聚酰亚胺(Polyimide，PI)牺牲层上生长氮化硅薄膜；利用微旋转结构测量氮化硅薄膜的残余应力；讨论沉积温度、射频功率、反应气体流量比等工艺参数对氮化硅薄膜的残余应力的影响，并把薄膜的残余应力分为热应力和本征应力加以分析，得出适合制作射频MEMS开关器件中的桥式梁的氮化硅薄膜的最佳工艺条件。     

紫外光固化中阻蚀胶薄膜应力分析及成膜控制

针对压印光刻工艺实现图章保真复型对阻蚀胶薄膜的均匀度和应力分布的要求，对匀胶过程中的时间、转速和加速度等参数进行了分析，并采用基片曲率法的Stoney公式及其近似计算公式，对不同参数环境下的薄膜应力及应力梯度分布作了计算分析．通过对比几组试验参数的应力分析结果，验证了薄膜应力的大小和应力梯度的分布主要与匀胶时间和速度有关，而与加速度的关系较小．因此，当选用匀胶转速为5000r／min、时间为30s时，薄膜应力分布最优，成膜质量最佳，能够满足压印光刻工艺中300nm级图型的保真复型需求．     

Cu薄膜应力的计算机模拟与表征

用Monte Carlo法以Cu为例对薄膜生长过程中薄膜应力进行计算机模拟。将分子动力学法引入到连续体薄膜的生长过程中,通过面上的假想力来实现薄膜应力的计算机模拟.模拟结果表明,在一定原子入射率和基底温度下,在薄膜厚度极其薄的情况下,薄膜应力随薄膜平均厚度的增加而增大,薄膜应力随薄膜表面粗糙度的增大也增大,薄膜应力—厚度随原子沉积个数趋向于线性关系,并且模拟了薄膜应力与薄膜表面粗糙度以及沉积时间的关系曲线。     

安全气囊织物气流充胀变形的研究

对气囊织物承受0～50 kPa的气流充胀过程进行了有限元模拟.得到了其充胀后的变形曲线及其薄膜应力分布,并通过实测中心挠度验证了数值模拟的有效性.研究表明.气囊织物受气流充胀后近似球形.中心处的薄膜应力最大,固定边界处的薄膜应力最小,且薄膜应力随气体压力的增大呈非线性增加;织物中心处径向薄膜应力与切向薄膜应力近似相等,固定边界处两者的差值最大,且切向薄膜应力减小为零.     

Al含量对（Ti,Al）N薄膜表面脆性的影响

利用刚性球体压入法测定了（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜的表面脆性。试验结果表明：随着薄膜中Ａｌ含量的增加（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜的表面脆性不断降低，当Ａｌ含量在２２．５％－３０％的范围内时薄膜的表面脆性最低，此后随着Ａｌ含量的进一步增加薄膜的表面脆性又呈上升的趋势。对薄膜中的残余应力的计算结果表明，随着Ａｌ含量的增加，残余应务呈先降后升的趋势。基于薄膜中残余应力的变化，合理地解释了Ａｌ含量对（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ薄膜     

陶瓷表面金属化Cu薄膜应力调控

利用直流磁控溅射方法在AlN陶瓷表面沉积了单层Cu薄膜,采用X射线衍射方法研究了沉积温度对薄膜应力的影响,并用有限元方法模拟不同温度下沉积的Cu薄膜中的热应力及变形分布情况.沉积的薄膜应力表现为张应力,并随沉积温度的升高先增大后减小,沉积温度为200℃左右时,薄膜应力达到最大值;在AlN表面引入过渡界面可明显地减小薄膜应力,并根据微观结构和物理性质的变化等对薄膜应力的变化进行了解释.     

多层金刚石薄膜制备工艺和应力分析研究

采用热丝化学气相沉积方法,优化金刚石薄膜制备工艺。通过改变甲烷浓度成功制备出厚度均匀的多层金刚石薄膜,实现了多种调制周期的金刚石薄膜制备,调制周期最小至100 nm。通过拉曼光谱和X射线衍射方法对单层以及多层金刚石薄膜进行应力分析,发现单层结构中,微米金刚石薄膜应力最大,随着金刚石晶粒尺寸的减小,薄膜应力减小;多层金刚石薄膜结构中,微米层与纳米层均匀交替生长,有效地降低了薄膜应力,有利于提高金刚石薄膜在应用中的稳定性。     

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和应力特性

用JGP560I型超高真空多功能磁控溅射仪在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜。采用X-Ray衍射仪和电子薄膜应力分布测试仪等对其微结构和应力进行了测试分析。研究结果表明,ZnO薄膜具有良好的c轴择优取向;随着薄膜厚度的增加,薄膜中的平均应力减少;膜厚为744 nm时平均应力、应力差均最小,分别为5.973×108Pa、6.159×108Pa,应力分布较均匀。     

硅油基底上楔形钴薄膜的褶皱形貌研究

利用玻璃盖片的遮挡效应，采用直流磁控溅射方法在硅油基底上成功制备出膜厚连续变化的楔形钴薄膜系统，并研究了该薄膜的内应力释放模式，实验表明，沉积过程中系统受热膨胀，随后的冷却过程导致钴薄膜中产生较大的压缩应力，并形成多种特征的褶皱形貌。在楔形薄膜和平整薄膜的过渡区域，发现存在明显的分界线，边界对褶皱的取向具有较强的调控作用（褶皱基本垂直于分界线），并可用薄膜的应力模型进行解释。在楔形薄膜区域，褶皱的波长随距离的增加明显减小，反映出薄膜厚度随距离的变化规律：在距离小于500μm时，薄膜厚度均匀递减；当距离大于500μml时，薄膜厚度的衰减趋势变缓；当距离接近于90μm时，褶皱已很难分辨，薄膜厚度也趋近于零。     

充液容器薄膜应力解法的探讨

将壳体与液体视为一个整体，分析其所受外部载荷的轴向合力，应用无力矩理论推导出薄膜应力的一般公式，并利用该公式分析典型回转壳体充液时的薄膜应力。     

梯度应力对BaTiO3薄膜电性质的影响

通过求解弹性力学方程而得到薄膜的应力分布形式，并将其用于朗道热力学理论，以解释生长于张应力衬底BaTiO3薄膜的电性质.结果表明：在生长于镀铂硅衬底的BaTiO3薄膜中，a和aa相共存，但由于两相的自发极化均平行于薄膜表面而无法观测到其电滞回线；随着温度升高，BaTiO3薄膜的等效介电常数呈现出弥散特征，其理论结果与实验结果较吻合.     

NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力

采用X射线掠射法和轮廓法,测量了单日Si基板上用磁控溅射法制备的NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力,分析了其与薄膜厚度以及晶化处理温度等工艺条件的关系。结果表明：该薄膜中的残余应力主要来源于薄膜同基板材料的膨胀系数和晶格参数不匹配;薄膜厚度越大,残余应力越小;晶化处理温度对因热胀系数差异带来的热拉应力因马氏体相变而致的相变压应力均有不同程度的影响。     

拉曼光谱法研究微晶硅薄膜应力梯度

采用拉曼光谱法研究了不同退火时间下的微晶硅薄膜应力。结果发现样品的应力梯度并不随着退火时间的增加而增大。而是存在最大值,这可能与晶粒尺寸有关,且靠近玻璃衬底的薄膜有较高压应力,由衬底到薄膜表面压应力逐渐减小,直到表面变为拉应力。     

铜铟镓硒薄膜太阳电池的应力问题

分析了铜铟镓硒(CIGS)太阳电池的总应力来自于单层膜中的沉积应力及膜层界面间的相互作用. 计算得出Mo薄膜与CIGS薄膜界面晶格失配度最大,表明相对于其他界面,该界面的应力值较大. 而作为缓冲层的CdS薄膜有效地改善了吸收层CIGS薄膜与窗口层ZnO薄膜之间的界面应力. 而对于柔性衬底材料的PI薄膜,如何解决因其较大的热膨胀系数造成的热应力,将成为制备高效柔性CIGS薄膜太阳电池的关键技术.     

MEMS开关中氮化硅薄膜工艺研究

分析了沉积薄膜厚度、PECVD的薄膜沉积温度、反应气体形成的杂质以及多层薄膜之间热应力匹配等因素对薄膜残余应力的影响.应用光刻分割聚酰亚胺(PI)牺牲层、分层生长氮化硅薄膜及快速热退火等工艺减小薄膜残余应力,成功生长出了合格的氮化硅薄膜.     

表面热源作用下的薄膜/基底结构的应力分析

在固体力学领域,薄膜/基体结构的应力分析是一个经典的问题,有很多研究者对薄膜/基体结构的失配应力、曲率以及它们之间的关系进行了详尽的分析。本文给出了薄膜/基底结构在非均匀局部表面热载荷作用下的温度和应力分布的基本解,并得到了广义Stoney公式来描述薄膜/基底结构在非均匀温度下的应力和曲率之间的关系。