[发明专利]测量微纳米级薄膜线延伸率和薄膜面延展率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜，是一种测量微纳米级薄膜线延伸率和薄膜面延展率的方法，利用脉冲激光作为热源使材料发生分解反应释放氧气，氧气的压力使薄膜产生球冠状凸起，通过测量球冠的尺寸参数来得到微纳米级薄膜线延伸率和面延展的方法。

背景技术

进入20世纪以来，随着微电子材料科学的发展，试样尺寸、厚度达到了亚微米量级甚至纳米量级，这会产生强烈的尺寸效应和表面效应，从而导致了微观领域中材料的许多物理量、机械量与宏观领域相比有显著差异。目前通用的宏观材料力学性能的测试方法已经不再适用于微观领域，因此必须寻找新的方法以满足当前微电子技术迅速发展的需要。

当前测量微纳米级薄膜的技术主要有纳米压痕法，单轴拉伸法，转换结构法，鼓膜法，微梁弯曲法以及衬底曲率法等，可以测量线延伸率，面延展率，弹性模量，屈服强度，断裂强度，残余应力以及疲劳强度等材料的力学性能参数。但是这些技术所要求的薄膜厚度比较厚，约为几个微米甚至毫米，如果薄膜厚度为纳米级，则难度很大；而且所需设备也比较复杂，实验误差较大。因此，目前这些方法还没有一定的使用标准。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量微纳米级薄膜线延伸率和面延展率的方法，该方法操作简单，不用专门的系统提供压力，可以测量多种薄膜材料的线延伸率和面延展率，测量薄膜的厚度可以达到纳米级。

本发明的技术解决方案如下：

一种测量微纳米级薄膜线延伸率和薄膜面延展率的方法，其特点是在待测薄膜下设置一层氧化物膜层，该氧化物膜层在脉冲激光的作用发生分解反应生成O₂，这些O₂的压力使表面的待测薄膜发生体积膨胀，形成类似于球冠状凸起，通过测量该球冠凸起的高度和直径，计算出该球冠的弧长和表面积，进而得出该待测薄膜的线延伸率和面延展率，调节激光参数，获得最大球冠状凸起，测量最大球冠状凸起的高度和直径，计算该待测薄膜材料的最大线延伸率和延展率。

所述的测量微纳米级薄膜线延伸率和薄膜面延展率的方法，具体包括下列步骤：

(1)制备待测膜板：

利用磁控溅射仪在玻璃基片上依次溅射的保护介质层、金属氧化物层和待测介质层构成待测膜板，所述的金属氧化物层的金属氧化物为AgO_x、PtO_x或PdO_x，其薄膜厚度为100～300nm；所述的保护介质层和待测介质层的材料为ZnS-SiO₂、SiN或SiO2，膜层的厚度为8～12nm；

(2)测量：

①用镊子将所述的待测膜板置于由计算机程序控制的工作台上，依次打开计算机程序、激光器和信号发生器；

②在计算机上设定工作台的二维移动方向和移动速度为10～100μm/s，设定激光器输出激光功率的变化范围为3mW～5mW和脉宽变化范围为50ns～200ns；

③所述的计算机依程序同步控制所述的工作台的运动和调整激光器输出激光脉冲的功率和脉宽协同工作，使具有不同功率和脉宽的激光脉冲照射在所述的待测膜板上，在该待测膜板上形成一系列分立的球冠状凸起，包括最大球冠状凸起；

④利用原子力显微镜对所述的的球冠状凸起进行扫描和精确测量，获得最大球冠状凸起的高度h和直径d；

(3)利用计算机按下列公式进行计算：

待测薄膜的最大线延伸率：ξr=α04h2d2]]>

待测薄膜的最大面延展率：ξp=8Rh-d2d2]]>