关于薄膜加工时残余应力防控的探讨-论坛Θ》天下软包装

关于薄膜加工时残余应力防控的探讨

楼主

链行走-发帖时间:2025/7/7 16:55:56

薄膜加工过程中残余应力的产生，是影响薄膜性能与质量的关键因素之一。残余应力的存在不仅会降低薄膜的机械性能，还可能导致光学性能的不稳定，甚至在极端情况下引发薄膜的开裂或剥落。因此，如何在加工过程中有效控制和减少残余应力，是薄膜制造技术中的一个重要课题。

一、优化工艺参数

（一）控制沉积温度

沉积温度对薄膜内应力的影响极为显著。以ZrO₂/SiO₂多层膜为例，当沉积温度为260℃且界面应力为3MPa时，模拟曲线与实际曲线拟合最佳，此时应力补偿效果最为理想。温度过高或过低，应力补偿效果均会变差。因此，在实际生产中，应根据薄膜材料的特性，精确控制沉积温度，以达到最佳的应力补偿效果。

（二）调整膜层厚度比

膜层厚度比对残余应力的影响也不容忽视。以SiO₂和ZrO₂为例，当厚度比为94:70时，界面应力为-4MPa，此时计算曲线与实验曲线拟合最好。在实际生产中，可以通过调整膜料厚度比来改善应力分布，从而减少残余应力的产生。

（三）优化镀膜工艺参数

基底温度、工作气压、沉积速率等工艺参数对薄膜中最终残余应力水平有着直接影响。基片温度影响吸附原子在基片表面的迁移能力，进而影响薄膜的结构和成分。例如，在溅射镀膜过程中，随着反应腔内溅射气压的增大，高能离子浓度增大，气体分子自由程减小，原子喷丸效应削弱，压应力减小，张应力先增大再减小。因此，优化这些工艺参数，可以有效控制薄膜中的残余应力。

二、添加缓冲层或组合应力匹配膜层

（一）添加缓冲层

在基底和多层膜之间添加缓冲层，能够有效中和薄膜应力，降低或消除基底变形。缓冲层应具有较大与薄膜应力相反性质的应力，通过改变缓冲层厚度，可以调控基底变形，得到净应力值接近零的样品。例如，Mo-Si多层反射膜在添加缓冲层后，应力可从几百MPa降至小于100MPa。

（二）组合应力匹配膜层

依靠两种应力性质相反的膜层之间应力互相抵消，可以减小整个薄膜的应力，同时保证良好的光学性质。这要求两种膜料除满足光学性能要求外，还应具有相反性质的薄膜应力。通过合理设计膜层结构，可以实现应力的有效平衡，从而减少残余应力。

三、采用后处理技术

（一）热处理

在一定温度下进行有氧退火，是普遍的后处理技术，有助于降低氧化物膜的吸收和散射损耗。例如，HfO₂薄膜经较高温度退火处理后，应力向张应力方向变化。Livermore实验室通过有效热处理，使Mo-Si多层反射膜应力降至低于100MPa。热处理可以通过控制温度和时间，使薄膜内部的残余应力得到释放，从而减少因残余应力导致的变形问题。

（二）激光预处理

对薄膜进行激光预处理可以有效改变薄膜应力。例如，激光束热冲击方法对电沉积镍涂层中残余应力影响显著，合理激光束辐照后，应力性质改变且力学性能改善。激光预处理能够通过精确控制激光能量和作用时间，实现对薄膜应力的有效调控。

四、其他方法

（一）离子注入

利用离子注入方法调整材料表面电子密度，可以减小薄膜内残余应力。离子注入能够通过改变材料的表面结构和成分，实现对残余应力的有效控制。

（二）同温沉积

在原子层沉积中，采用同温沉积可以有效减少界面热应力。通过精确控制两种薄膜的原子级层厚与组合顺序，可以实现残余应力均小于5MPa的近零应力纳米叠层封装阻隔膜制备。同温沉积能够确保膜层在沉积过程中温度一致，从而减少因温度差异导致的应力产生。

综上所述，残余应力是薄膜制造中不可避免的现象，但通过优化工艺参数、添加缓冲层或组合应力匹配膜层、采用后处理技术以及其他辅助手段，可以有效控制和减少残余应力的产生。

[Top]

分页：
1
页次:1/1页共1条记录 10条/每页

如遇无效、虚假、诈骗信息，请立即举报

为了您的资金安全，请见面交易，切勿提前支付任何费用