红外薄膜中热应力的研究.pdfVIP

第 57 卷 第 7 期 2008 年 7 月 物 　理 　学 　报 Vol. 57 ,No. 7 ,July ,2008 ( ) 10003290200857 07 431606 ACTA PHYSICA SINICA 2008 Chin. Phys. Soc. 红外薄膜中热应力的研究 陈为兰 　顾培夫 　王 　颖 　章岳光 　刘 　旭 (浙江大学现代光学仪器国家重点实验室 ,杭州 　310027) (2007 年 9 月 22 日收到 ;2008 年 1 月 7 日收到修改稿) 　　由于红外薄膜材料和基板热膨胀系数显著不同 ,所以在高温基板上镀膜后降温将产生热应力 ,进而引起边界 分层破裂现象 ,影响薄膜器件的牢固性. 对薄膜厚度 、杨氏模量和热膨胀系数对薄膜分层破裂的影响进行了研究 , 同时分析了薄膜设计对减小分层破裂的作用. 这对减小红外薄膜系统因热应力引起的分层破裂现象具有实际应用 价值. 关键词 : 多层介质薄膜 , 红外 , 热应力 , 分层破裂 PACC : 6000 , 4280X , 0630M , 6770 产生了垂直于膜层界面的热应力 σ和平行于膜层 y τ 1 引 言 间界面的剪切力 ,在远离 自由边界的区域只有平 行于界面的热应力 σ,越靠近 自由边界该力越小 ,在 薄膜的应用极其广泛 ,但几乎所有薄膜都不同 自由边界处减小到零. 热应力 σ是薄膜边界分层的 y 程度地存在着应力 ,尤其是红外薄膜 , 由于它们的膜 [7 ] 主要原因 . Moore 和 Jarvis 最近提出力矩可作为薄 层厚 、强度差 ,因而对薄膜的性能 ,特别是牢固性产 膜边界破裂的依据[9 ,10 ] . 本文的目的在于研究薄膜 生很大的威胁. 薄膜应力主要由热应力和内应力组 厚度 、杨氏模量 、热膨胀系数对薄膜分层破裂的影响 成 , 内应力由薄膜的微结构决定 ,并且当镀制温度比 以及膜系设计中如何减小薄膜分层的概率. 为了减 较低时 ,从镀制温度降温过程中 ,薄膜内应力几乎保 小薄膜分层的概率 ,在多层薄膜系统中应该使张应 持不变 ,通常认为是个常数[1 ] . 而热应力是由于基板 力薄膜靠近基板. 与薄膜间热胀系数的差异造成 ,受环境温度的影响. 红外薄膜一般为软膜 , 软膜对热应力更为敏感. 另 2 理论模型 外 ,实验测得的应力值约等于理论值的热应力 ,故内 应力很小 ,该薄膜中的应力主要是热应力. 本文主要 如图 1(a) 所示 ,在两层薄膜交界面处 , 当薄膜 从热应力角度来分析薄膜的牢固性 ,忽略内应力的 在 自由边界处受到张应力 ,越