39 Внутрішні макронапруження в конденсатах.

Вплив температури підкладки

У вакуумних конденсатах при їх одержанні, обробці та збереженні виникають внутрішні макроскопічні напружен­ня (S). Напруження можуть бути стискувальні (їх називають "від'ємними" і позначають "-") та розтягувальні (відповідно "додатні" та "+"). В окремих випадках вони сягають вели­чини межі міцності плівки, що призводить до її руйнування шляхом розтріскування або відділення від підкладки. Із експериментальних результатів відомо, що зі збільшенням температури підкладки розтягувальні напруження змен­шуються, досягають нульового значення і стають стискаль­ними.

З а­лежність величини і знака макронапружень у плівках міді від температури під­ кладки.

Виникнення стискувальних напружень при відносно високих температурах підкладки пояснюється окисленням плівки. Для температур підкладки (300-600 К) типові величини S мають значення 10⁷-10⁹ Па.

Причина виникнення макронанружень у плівках

Макронапруження у плівкових зразках складаються із зворотної частини термічного походження, обумовленої різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення плівки (а) та підкладки (а_п), та незворотної, яка виникав при утворенні та анігіляції структурних дефектів. На думку деяких авторів, основний внесок у загальну величину S дають термічні макронапруження (St), а на думку інших структурні (S_Т) Дослідження показують, що додатні макронапруження в плівках обумовлені наявністю на межах зерен аморфної або нанокристалічної фази.

Вилив товщини плівок, швидкості конденсаціїта термообробки. Напруження у конденсатах не виникають до того часу поки плівка не стає структурно суцільною (при d~10 нм). Вимірювання на плівках Cu, Ag та Аи свідчать, що при збільшенні товщини від 100 до 200 нм макронапруження спочатку різко зростають, а потім стабілізуються. Відомі також результати, згідно з якими збільшення товщини плівки при високих Т спричинює до розтріскування плівки під дією структурних макронапружень.

Питання про вплив швидкості конденсації (w) на ве­личину макронапружень є найменш вивченим. Збільшення w викликає збільшення до­датних напружень. Так, наприклад, при збільшенні швидко­сті конденсації плівок міді удвічі (Т„ ~ 300 К ) величина S також збільшується удвічі.

Термообробка (відпалювання) плівок знижує рівень макронапруження структурного походження. Згідно з теорі­єю Гоффмана існує критична температура відпалювання (Т_в) Температура Т_в тим вища, чим вища температура плавлення масивного металу.

Розрахунок величини

де Е і v - модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона для плівки; Т - різниця температур

Методи вимірювання Макронапруження у конденсованих плівках найчастіше визначають механічним способом, при якому знаходяться деформація підкладки в процесі осадження плівки. Використовують метод Стоні, при якому вимірюється зміщення вільного кінця консольно закріпленої вузької підкладки. За умови, що d«D, a <D, величина S обчислюється за формулою

де Е - модуль Юнга для плівки, який вибирається таким, яя у масивних зразках; dіD-товщина плівки і підкладки

Зміщення можна вимірювати за допомогою оптичного мікроскопа або контактометра. Методи вимірювання зміщення: за допомогою електромагніту; за вимірюванням зміни ємності конденсатора або індук­тивності котушки; за допомогою інтерферометра та ін.