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文档简介
T/SZMES
3—2021 基片弯曲法1 范围量条件、参数的确定、测量、薄膜应力计算及试验报告。本文件适用于基于基片弯曲法的薄膜应力测定。2 规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。基片 substrate薄膜附着的载体。薄膜 film沉积在基片表面的涂层。试样 sample单面沉积薄膜的基片。厚度 thickness在三维尺寸中,最小尺寸所对应的值。镀膜deposition薄膜生长在基片表面的过程。物理气相沉积技术 physical
vapor
deposition离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基片表面附着具有某种特殊功能的薄膜的技术。曲率半径 radius
curvature“基片(镀膜面)曲率半径”两种。4 测量原理(Stoney)公式,计算得出薄膜应力值。5测量仪器螺旋千分尺T/SZMES
3—2021用于测定基片厚度,精度为0.01mm。薄膜应力仪用于测量“基片初始曲率半径”和“基片(镀膜面)曲率半径”,测量范围:±(~),误差≤±1%。6 试样要求基片要求使用长方形的基片材料,表面光洁度达到10级以上(或表面粗糙度0.1μm以下),尺寸为:50mm×10mm×1mm,基片厚度与薄膜厚度之比应大于50。薄膜厚度6.2.1 试样薄膜厚度应均匀,基片材料在薄膜制备前处于无应力状态。6.2.2 有必要时,薄膜制备前,基片可在高于薄膜制备温度的环境下进行退火,以消除基片制造过程中(如轧制、研磨或抛光)产生的应力。6.2.3 薄膜厚度应在
100nm~10μm
之间,基片厚度应在
~
之间。薄膜镀膜6.3.1 采用物理气相沉积技术制备薄膜试样。6.3.2 镀膜过程中,基片通过夹具固定,遮挡背面,对基片已测量初始曲率半径的表面实施镀膜,基片单面镀膜,薄膜应完整均匀沉积于基片表面。7 测量条件测量环境温度:(25±5)℃,相对湿度:±15)%。测量过程中要保持样品处于自然状态,不得受到任何外力作用,以免影响基片形状引入误差。8 参数的确定基片弹性模量和泊松比根据材料力学性能手册,确定基片力学参数,基片弹性模量,基片泊松比。基片厚度采用螺旋千分尺在基片上等分选取4-6个位置测量其厚度。取平均值作为基片厚度,最大偏差应不大于0.03mm。基片初始曲率半径曲率半径值。薄膜厚度利用显微镜对薄膜厚度测量。基片(镀膜面)曲率半径利用薄膜应力仪对基片(镀膜面)曲率半径进行测定。9 测量测量流程T/SZMES
3—2021测量流程见图1。图1 测量流程图薄膜厚度的测量9.2.1 用于测定薄膜厚度的试样,应与薄膜应力测量试样采用相同工艺条件,同步制备。9.2.2 薄膜截面样品制备。首先,将带有薄膜的基片用金刚石锯片切断,然后将其冷镶或热镶,使试研磨圆盘的周向切线平行,以减少研磨过程对薄膜与基片界面的冲击和损伤,研磨至
2.5μm
m
描电子显微镜对薄膜厚度进行测量。基片(镀膜面)曲率半径的测量9.3.1 确定基片宽度方向的中间线位置,沿着中间线测定基片曲率半径值。9.3.2 如基片的夹持位置被遮挡,导致试样未沉积薄膜的部位处于基片边缘,且遮挡面积小于薄膜总面积的
1%时,试样不必进行尺寸调整,可直接开展曲率半径测量。9.3.3 如果镀膜后,试样边缘薄膜严重不均匀,试样尺寸需要进行调整。此过程可采用无应力切割的方式,如金属基片,推荐使用电火花慢走丝切除多余区域,切割后,试样应仍保持长宽比
5:1。10 薄膜应力计算薄膜应力由斯东尼()公式计算,见式(1(
1(
1𝜎
=
−
(1−𝑣𝑠)ℎ𝑓 𝑅𝑓
−𝑅0
)
(1)𝜎——薄膜应力;𝐸𝑠——基片的杨氏模量;𝜈𝑠——基片泊松比;ℎ𝑠——基片厚度;ℎ𝑓——薄膜厚度;𝑅𝑓——单面镀膜后基片的曲率半径;𝑅0——基片的初始曲率半径。
𝐸𝑠ℎ𝑠2
1
T/SZMES
3—202111 试验报告试验报告应包括以下内容:a)
标准编号;b)
斯东尼(Stoney)公式;c)
基片材料信息,包括:材
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