脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量

发布于:2021-07-26 23:59:59

第 26 卷 第1期 2018 年 1 月 Optics and Precision Engineering 光学 精密工程 Vol . 26 Jan . 2018 No . 1 文章编号 1004-924X (2018)01-0070-07 脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量 董恺琛1 ,2 ,3 , 娄 帅2 , 姚 杰2 ,3 , 吴军桥2 ,3 , 尤 政1 * (1 . 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室 北京市未来芯片技术高精尖创新中心 , 北京 100084 ; 2. 美国加州大学 伯克利分校 材料科学与工程系 , 伯克利 94720 ; 3. 美国劳伦斯伯克利国家实验室 材料科学部 , 伯克利 94720) 摘要 : 为了测量脉冲激光沉积法制备的小面积薄膜的残余应力 , 并解决 Stoney 公式在特定情况下误差较大的问题 , 本文 提出了一种基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法 。 该方法以初始曲率为零的原子力显微镜探针作为衬 底梁 , 在衬底梁上使用脉冲激光沉积方法沉积被测薄膜 , 并记录衬底梁在薄膜沉积前后的翘曲形貌变化 , 再结合薄膜厚 度、 衬底梁几何尺寸 、 所涉及材料的杨氏模量与泊松比等其他参数 , 借助数值计算对实验数据进行分析 , 得出被测薄膜的 残余应力 。 使用该方法测出 : 基于脉冲激光沉积法在高温环境下制备的二氧化钒薄膜的残余应力为 - 340 M Pa , 与文献 报道的结果相符 。 本文提出的基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法具有适用范围广 、 准确度好 、 实验成 本低的优点 。 关 中图分类号 : T H 704 ; T H 87 键 词: 脉冲激光沉积 ; 残余应力 ; 二氧化钒 ; 薄膜 ; 悬臂梁 ; 数值计算 文献标识码 : A doi : 10 . 3788 /OPE . 20182601 . 0070 Measurement of residual stresses in pulsed laser deposited thin films DONG Kai-chen 1 , 2 , 3 ,LO U Shuai ,YAO Jie 2 2 , 3 ,WU Jun-qiao 2 , 3 ,YO U Zheng 1* (1 . Bei j ing Innov ation Center f or Future Chi p , State K e y L aborator y o f Precision Measurement Technolo gy and Instruments , De p artment o f Precision Instrument , T sin g hua Universit y , Bei j ing 100084 , China ; 2. De p artment o f M aterials Science and En g ineering , Universit y o f Cali f ornia , Berkele y , Cali f ornia 94720 ,USA ; 3. M aterials Sciences Div ision , L aw rence Berkele y N ational L aborator y , Berkele y , Cali f ornia 94720 ,USA ) * Corres p onding author , E-mail : tsin g hua . edu . cn y z-d p i @ mail . Abstract : T o measure the residual stresses in thin films with limited area prepared by pulsed laser deposition ,as w ell as to solve the problem of the relatively large error introduced by the Stoney equation under certain circumstances ,a measurement method for residual stresses in thin films based on cantilever structures and numerical calculation w as proposed in this article .In this method ,atomic force microscopy probes with zero initial curvature w ere used as substrate cantilevers ,and thin films 收稿日期 : 2017-07-10 ; 修订日期 : 2017-08-31 . 万方数据 基金项目 : 中国国家留学基金资助项目 (No . 201406210211)

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