# 【153】沉积参数对磁控溅射镀金膜残余应力的影响

## 基本信息
- **作者**：刘明智等（北京航天控制仪器研究所）
- **来源**：《导航与控制》2020年第19卷第6期
- **路径**：源文件/文献/应力相关/沉积参数对磁控溅射镀金膜膜层残余应力与微观形貌的影响_刘明智.pdf
- **阅读日期**：2026-04-12
- **理解程度**：⭐⭐⭐⭐⭐（8页详细实验）
- **关联度**：⭐⭐⭐⭐（应力规律参考）

## 核心内容

### 实验条件

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 基材 | 熔融石英（0.2mm） |
| 靶材 | Au (99.99%) |
| 本底真空 | 6×10⁻⁴ Pa |
| 溅射电流 | 1.6 A |
| 转速 | 10 r/min |
| 金膜厚度 | ~1μm |
| Cr打底层 | 3 min |

### 关键发现1：温度与应力 ⭐⭐⭐⭐⭐

| 镀膜温度 | 应力变化 | 说明 |
|----------|----------|------|
| 25°C | **最低** ✅ | 张应力 |
| 80°C | 增加 | 张应力↑ |
| 120°C | 继续↑ | 张应力↑ |
| 180°C | **最高** ❌ | 张应力最大 |

**结论**：**温度↑→应力↑（与Cu相反！）**

### 关键发现2：气压与应力 ⭐⭐⭐⭐⭐

| 工作气压 | 应力变化 | 说明 |
|----------|----------|------|
| 0.2 Pa | **最高** ❌ | 张应力最大 |
| 0.3 Pa | 降低 | 张应力↓ |
| **0.4 Pa** | **最低** ✅ | 张应力最小 |
| 0.6 Pa | 略升 | 张应力↑ |

**结论**：**存在最优气压0.4Pa！**

### Au vs Cu对比

| 材料 | 温度效应 | 气压效应 |
|------|----------|----------|
| **Au膜** | 温度↑→应力↑ | 0.4Pa最优 |
| **Cu膜** | 温度↑→应力↓ | - |

### 晶粒尺寸与温度 ⭐⭐⭐

| 镀膜温度 | 晶粒尺寸 |
|----------|----------|
| 25°C（常温） | **~30 nm** ✅ |
| 180°C | **~100 nm** |

**结论**：温度↑→晶粒长大（3倍！）

### 微观形貌变化

| 温度 | 形貌特征 |
|------|----------|
| 常温 | 晶粒细小、致密 |
| 高温 | 晶粒粗大、更致密 |

### 热应力计算

```
热应力公式：
     ↓
σ_th = (E_f/(1-ν_f)) × (α_f - α_s) × ΔT
     ↓
α_Au = 1.45×10⁻⁵ /°C
α_石英 = 0.49×10⁻⁶ /°C
α_Au >> α_石英 → 热应力大
```

### Stoney公式应用

```
σ = (E_s × t_s² × (3t_s/t_f + 1)) / (6(1-ν_s) × t_f × (1/R - 1/R₀))
     ↓
R₀ = 原始曲率（∞）
R = 镀后曲率
```

### 最优工艺参数

| 参数 | 推荐值 |
|------|--------|
| **溅射气压** | **0.4 Pa** ✅ |
| **镀膜温度** | **常温25°C** ✅ |
| **晶粒尺寸** | **~30nm** |
| **应力状态** | 张应力（Au/Cu共同点） |

### 与XC03项目关联

| 关联点 | 说明 |
|--------|------|
| **气压优化** | 0.4Pa最优（0.532Pa参考） |
| **常温溅射** | 温度↑→应力↑ |
| **晶粒细化** | 常温→细小晶粒 |
| **张应力** | Au/Cu共同为张应力 |
| **曲率法测量** | Stoney公式应用 |

## 个人理解/提炼

**核心结论**：
1. **Au膜张应力**：所有工艺均为拉应力
2. **温度↑→应力↑**：与Cu相反！
3. **0.4Pa最优气压**：过高/过低都增加
4. **晶粒长大3倍**：180°C→100nm vs 25°C→30nm
5. **热膨胀系数差**：α_Au >> α_石英→大热应力

**对XC03的启发**：
- **气压优化**：找最优值（0.4-0.53Pa）
- **常温溅射**：可能优于加热
- **晶粒控制**：低温→细小晶粒
- **应力测量**：曲率法+Stoney公式

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## 📅 更新记录

| 日期 | 操作 | 说明 |
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| 2026-04-12 | 新增 | 芝士虾 |