[实用新型]一种跨尺度的薄膜应力测试系统

说明书

本实用新型设计了一种跨尺度的薄膜应力测试系统，包含宏观测量模块与微观测量模块，分别为宏观与微观测量薄膜应变的应力测量途径模块，且宏观测量模块与微观测量模块组成部件空间交错布置，彼此检测光路互不影响，用于跨尺度同时定位连续测量式样指定区域应力状态。宏观测量模块中，宏观测量模块中，激光器发射、标准具在入射光路方向上顺序排列，线阵CCD、偏振器、接收器于反射光线路上顺序排列，使激光能被接收。本实用新型测试系统具有操作简单，快捷，效率高，适用范围广泛的优点。

技术领域

本实用新型属于光测力学薄膜应力测量技术领域，尤其涉及一种跨尺度的薄膜应力测试系统。

背景技术

多元化薄膜广泛应用在机载、星载和航天领域等科技领域。其与微电路的结合是薄膜领域中一个重要分支，称为薄膜电路。这是一种采用真空镀膜，溅射、电镀等成膜工艺，干、湿法刻蚀等成型技术制作芯片的多层互连电路结构。基于互连密度、线条精度高，薄膜技术可实现小孔金属化、制造无源电路集成元件、制造多层电路。由于所制作的元件参数范围广、精度高、集成度较高、尺寸小等突出特点，是高精领域很有竞争力的微波电路模块。薄膜的宏观失效过程,纳米级力学性能关联着材料寿命与微观结构状态性,所以定量检测薄膜材料应力状态有着重要的意义。

曲率法测量薄膜应力：包括悬臂梁法、牛顿环法和干涉仪相位移式应力测量法。悬臂梁法是通过测量薄膜附着的基体弯曲变形程度获得薄膜宏观应力；牛顿环法利用镀膜后，薄膜产生的弯曲面与基体参考平面，产生干涉条纹这一现象。牛顿环间距与条纹数带入牛顿环应力公式，可求出应力值；干涉仪相位移式应力测量法运用CCD将薄膜曲面与参考平面干涉图形信号转换成数字信号得到薄膜曲率半径和其应力状态。

X射线衍射方法：XRD(X-ray diffraction)方法是目前测量纳米级薄膜应力最常用的方法。以x射线衍射仪测量应力或应变，是来测定的。通过X射线衍射测量在应力作用下，测量晶格发生的畸变，利用Bragg衍射公式获得薄膜结构中微晶体晶面间距的变化得到薄膜微观应力值。

目前常用薄膜应力测试方法只能测量或宏观或微观的一个尺度范围，且测定宏观尺度后追加测定点微观应力测量其定位易出现误差。缺少一个有效节省时间成本，同时测量多参量尺度的仪器。跨尺度的薄膜应力测试系统就是为了解决这些问题而实用新型的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种跨尺度的薄膜应力测试系统，可实现省去跨尺度测量时定位步骤，快速原位测量，定位精度高、提高测量效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种跨尺度的薄膜应力测试系统，包含宏观测量模块与微观测量模块，分别为宏观与微观测量薄膜应变的应力测量途径模块，且宏观测量模块与微观测量模块组成部件空间交错布置，彼此检测光路互不影响，用于跨尺度同时定位连续测量式样指定区域应力状态。

按上述技术方案，宏观测量模块中，宏观测量模块中，激光器发射、标准具在入射光路方向上顺序排列，线阵CCD、偏振器、接收器于反射光线路上顺序排列，使激光能被接收。经过外接计算机计算得到0.3-20m试样局部(80mm*80mm操作台)较大宏观应力 (5MPa-50GPa)区域及平均应力值。激光器发射的激光经由标准具-线阵CCD-偏振器处理为若干束平行光束，被接收反射光，光强由于偏振而减弱，以免光电过饱和。

按上述技术方案，微观测量模块中，发射器、主索勒狭缝、自动发散狭缝、射线罩依次排列在入射光路，使光线到达测角仪圆心轴伸出的样品盒，试样到探测器之间、衍射光路上依次排列狭缝-次索勒狭缝-防散射狭缝密封盒-单色器-探测器狭缝-探测器，使衍射光能被接收。发射器发出X射线入射光，经由主索勒狭缝-自动发散狭缝-射线罩三次限制高度和宽度方向发散，到达测角仪圆心轴伸出的样品盒，试样到探测器之间的衍射线经过狭缝-次索勒狭缝-防散射狭缝密封盒-单色器-探测器狭缝-探测器出理，对准Kα和限制发散和被接收。被接收的衍射信号录入外接计算机，获得衍射图谱得到衍射线位置、强度和线形数据，计算得到薄膜微观应力。