[发明专利]一种应用于薄膜与透明基底之间的粘附特性测量方法

说明书

一种应用于薄膜与透明基底之间的粘附特性测量方法，是使用测量系统以微悬臂梁与显微干涉技术组合的方法实现原位高精度测量，对微悬臂梁弹性系数和显微干涉系统进行标定；由显微干涉系统观测并定位被测薄膜样品脱粘区域；由微悬臂梁的力曲线测量被测薄膜样品的塑性功，得到界面脱粘能；由微悬臂梁Z向位移测量被测薄膜样品的脱粘区域顶点的高度，并通过显微干涉系统测量的变形值对脱粘区域顶点的高度进行补偿；提高了薄膜与基底之间的粘附特性的测量精度，保证了测量的实效性和可靠性。本发明可以实现对薄膜与透明基底之间的粘附特性原位高精度测量，能够更精确地计算出界面能量释放率等薄膜与基底粘附特性信息，特别适用于薄膜与基底粘附特性的评价。

技术领域

本发明涉及一种粘附特性测量方法。特别是涉及一种适用于薄膜与基底粘附特性评价的应用于薄膜与透明基底之间的粘附特性测量方法。

背景技术

粘附特性的研究一直是力学研究的基础问题之一。在理论研究的基础上，也发展了很多测量方法，如：胶带法(adhesive tape test)、压痕法(indentation test)、刮痕法(scratch test)、撕裂法(peeling test)、鼓泡法(blister test)、应力盖层法(stressedoverlayers test)、拉脱法(pull-off test)，这些测量方法的原理基本上是采用在薄膜上施加一定的载荷，迫使薄膜与基底的结合发生变化，或是完全脱粘如胶带法、刮痕法、撕裂法、拉脱法等，或是部分脱粘如压痕法、鼓泡法、应力盖层法等，通过对脱粘能或塑性功及脱粘面积的测量，计算出界面能量释放率等参数。这些方法基本属于静态或准静态的测量方法，尽管如此，尺度效应的影响仍使得上述方法在表征薄膜/超薄膜结构时遇到困难。难点表现在一方面由于施加载荷的大小、位移和角度变化、加速度等影响使得脱粘能或塑性功难以准确获得，如胶带法、刮痕法、撕裂法、拉脱法等；另一方面由于测量结构的限制使得脱粘面积无法直接测量，如压痕法、鼓泡法、应力盖层法等。

因此，现有技术存在如下的问题，一是微悬臂梁弯曲法的测量重复性和准确程度受到弯曲量测量精度以及微悬臂梁探针弹性常数准确性的影响，塑性功的测量与计算误差较大；二是传统的仿真或理论计算获得的脱粘面积与真实结果误差较大；三是已有的测量方法基本属于静态或准静态的测量方法，不能实现原位测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够更准确的获得薄膜与基底的粘附特性信息，进而更好地对薄膜或相关器件的制备提供技术支撑的应用于薄膜与透明基底之间的粘附特性测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种应用于薄膜与透明基底之间的粘附特性测量方法，是使用测量系统以微悬臂梁与显微干涉技术组合的方法实现原位高精度测量，包括，对微悬臂梁弹性系数和显微干涉系统进行标定；由显微干涉系统观测并定位被测薄膜样品脱粘区域；由微悬臂梁的力曲线测量被测薄膜样品的塑性功，得到界面脱粘能；由微悬臂梁Z向位移测量被测薄膜样品的脱粘区域顶点的高度，并通过显微干涉系统测量的变形值对脱粘区域顶点的高度进行补偿；由显微图像测量薄膜脱粘区域的面积，最终由能量学模型计算界面能量释放率。

所述的对微悬臂梁弹性系数和显微干涉系统进行标定，是在标定模式下，对微悬臂梁的弹性系数进行标定，将标定值计入力值反馈模型中，对显微干涉系统的面积系数，即每个像素代表的实际面积值，以及Z向高度系数，即Z向每个步长代表的实际位移值进行标定，将标定结果计入薄膜脱粘面积和薄膜Z向变形高度测量模型中。

所述的力值反馈模型，是基于胡克定律，即微悬臂梁对薄膜样品施加的作用力为微悬臂梁的弯曲变形量与微悬臂梁的弹性系数的乘积。

所述的薄膜脱粘面积测量模型，是由显微干涉系统测得的脱粘区域所包围的像素数与面积系数的乘积；薄膜Z向变形高度测量模型，是由显微干涉系统测得的Z向步长数与Z向高度系数的乘积。