薄膜內應力起因
一般認為薄膜內應力是由熱效應、相變,、界面應力,、雜質效應等因素綜合作用的結果,。
一,、熱效應
熱效應是內應力的主要來源,。因此在選擇基片時應盡量選擇其熱膨脹系數(shù)與薄膜相接近的材料,或者選擇可使薄膜處于壓應力狀態(tài)的基片材料,?;瑴囟葘Ρ∧さ膬葢τ绊懞艽?,它直接影響吸附原子在基片表面的遷移能力,,從而影響薄膜的結構、晶粒的大小,、缺陷的數(shù)最和分布,,而這些都與內應力大小有關。
二,、相變
薄膜的形成過程實際上也是一個相變過程,,即由氣相變?yōu)橐合嘣僮優(yōu)楣滔啵@種相變帶來體積上的變化,,從而產(chǎn)生內應力,。在薄膜形成過程中,首先是在基片上凝聚成短程有序的類液體固相,,這時薄膜并沒有本征應力;當類液體固相向穩(wěn)定的晶相轉變以后,,由于兩相密度不同,就產(chǎn)生了本征應力,。例如Ga由液相變?yōu)楣滔鄷r體積將發(fā)生膨脹,,因而薄膜內將產(chǎn)生內應力;Sb在常溫下形成的薄膜一般是非晶態(tài),當膜厚超過某一臨界值時將發(fā)生晶化,,晶化時體積收縮,,薄膜內就產(chǎn)生張應力。
三,、界面應力
當薄膜材料的晶格結構與基片材料的晶格結構不同時,,薄膜最初幾層的結構將受到基片的影響,形成接近或類似基片的晶格尺寸,,然后逐漸過渡到薄膜材料本身的晶格尺寸,。在過渡層中的結構畸變,將使薄膜產(chǎn)生內應力,。這種由于界面上晶格的失配而產(chǎn)生的內應力稱為界面應力,。為了減少界面應力,基片表面晶格結構應盡量與薄膜相匹配。
四,、雜質效應
在淀積薄膜時,,環(huán)境氣氛對內應力影響很大。真空室內的殘余氣體或其它雜質進人薄膜結構中將產(chǎn)生壓應力,。制備好的薄膜置于大氣中,,會受到環(huán)境氣氛的影響,例如銅膜的表面遇到空氣會在表面生成一層很薄的氧化層,,它也會使薄膜增加壓應力,。進人薄膜中的殘余氣體還可能再跑出來,在薄膜中留下空位或微孔,,從而出現(xiàn)張應力,。由于晶界擴散使雜質進人薄膜中也會產(chǎn)生壓應力。
除了以上幾種原因以外,,在薄膜生長過程中由于小島的合并,、晶粒的合并、缺陷,、微孔的擴散等,,會引起表面張力的變化,也會引起薄膜內應力的變化,。