文档介绍：第二章薄膜的力学性质第三讲
薄膜的主要力学性能:
附着性质—由薄膜成长的初始阶段
内应力
机械性能
§ 薄膜的附着性质(重要)
理论上—需对结合界的了解。
使用上—决定了薄膜元器件的稳定性和可靠性。
现无统一的测量薄膜附着性能的准确测量技术.
薄膜的附着性能直接与附着的类型、附着力的性质、工艺、测量方法有关。
薄膜的附着类型
①简单附着—分明的分界面
②扩散附着
③通过中间层附着
④通过宏观效应附着
①简单附着:薄膜和基片间形成一个很清楚的分界面,
其附着能 Wfs=Ef+Es-Efs
Ef—薄膜的表面能
Es—基片的表面能
Efs—薄膜与基片之间的界面能
两个相似或相容的表面接触
Efs↓ Wfs↑
两个完全不相似或不相容的表面接触
Efs↑ Wfs↓
表面污染:
×10-3Pa下→1秒后→表面会污染
一层单分子层。
简单物理附着—薄膜与基片间的结合力—范德华力
②扩散附着—由两个固体间相互扩散或溶解而导致
在薄膜和基片间形成一个渐变界面。
实现扩散方法:基片加热法、离子注入法、
离子轰击法、电场吸引法。
基片加热法:加温曲线(工艺)
离子轰击法:先在基片上淀积一层薄20-30nm)
金属膜,再用高能(100KeV)氩离子对
它进行轰击实现扩散再镀膜
电场吸引法:在基片背面镀上导体
加电压吸离子
溅射镀膜比蒸发镀膜附着牢,因为溅射粒子动
能大扩散。
③中间层附着—在薄膜与基片之间形成一个化合物而
附着,该化合物多为薄膜材料与基片材料之间的化
合物。
方法:在基片上镀一层薄金属层(Ti、Mo、Ta、
Cr等).然后,在其上再镀需要的薄膜,薄
金属夺取基片中氧中间层表面掺杂。
④通过宏观效应
机械锁合
双电层吸引功函数不同→电荷累积→吸引
附着力的性能(性质)
三种附着力:
范德华力、化学键力、静电力(机械锁合)
(氢键)
①范德华力(-)
色散力—原子绕核运动中→瞬间偶极→相互作用
定向力—永久偶极矩之间的相互作用
诱导力—永久偶极矩的诱导作用→产生的力
与静电力相比范德华力是短程力;
与化学键力相比,范德华力是长程力。
③氢键(键能≈)—离子性的静电吸引不普
遍,仅在电负性很强的原子之间。
②化学键力(-10eV)
共价键
离子键
金属键
价电子发生了转移,
短程力,不是普遍存在。
④静电力—薄膜和基体两种材料的功函数不同,
接触后发生电子转移→界面两边积累正负
电荷→静电吸引
影响附着力的工艺因素
包括材料性质、基片表面状态、基片温度、淀积方式、淀积速率、淀积气氛等。
①基片材料的性质对附着力影响很大
微晶玻璃上淀积铝膜→氧化铝与玻璃中硅氧→
化学键→附着力强。
铂、镍、钛等金属基片上淀积金膜→金属键
→附着力强
选基片能与薄膜形成化学键→附着力强
②基片的表面状态对附着力影响也很大
基片清洗→去掉污染层(吸附层使基片表面的化学键饱和,从而薄膜的附着力差) →提高附着性能。
③提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散
→扩散附着有利于加速化学反应形成中间层
→中间层附着
须注意:T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变