T-SZMES 3-2021 薄膜应力测定 基片弯曲法

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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

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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