# 【40】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(1).pdf
- **阅读日期**：2026-04-11
- **理解程度**：⭐⭐⭐⭐⭐

## 核心内容

### 残余应力测量方法

#### 基片曲率法
- 原理：薄膜应力引起基片弯曲
- 设备：激光平面干涉仪
- 计算：Stoney公式

### 溅射气压对残余应力的影响

#### 关键发现
| 气压范围 | 应力变化 |
|----------|----------|
| 0.2Pa → 0.6Pa | 应力**降低** |
| >0.6Pa | 应力增加 |

#### 原因分析
- 气压低：粒子平均自由程大 → 轰击能量高 → 本征应力大（张应力）
- 气压高：粒子散射多 → 轰击能量低 → 热应力主导（压应力）

#### 最佳气压
- 存在最优气压区间：**0.2Pa～0.6Pa**

### 镀膜温度对残余应力的影响

#### 关键发现
| 温度 | 晶粒尺寸 | 应力变化 |
|------|----------|----------|
| 常温(25℃) | 30nm | 基准 |
| 180℃ | 100nm | **应力升高** |
| 真空退火400℃ | 200nm | **应力急剧增大** |

#### 温度影响规律
- 温度越高 → 晶粒越大 → 晶界减少 → **应力增大**
- 温度越高 → 微观结构越**致密**

### 热处理对残余应力的影响

| 热处理方式 | 效果 |
|------------|------|
| 液氮冷却(-196℃) | 无影响 |
| 低温烘烤(55-150℃) | 无影响 |
| 高温热处理 | 应力**增大** |
| 真空退火(400℃) | 应力**急剧增大** |

### 微观形貌变化

| 条件 | 晶粒尺寸 |
|------|----------|
| 常温沉积 | 30nm |
| 180℃沉积 | ~100nm |
| 真空退火后 | 200nm |

**结论**：真空退火导致晶粒融合 → 晶界减少 → 应力急剧增加

## 重要数据/参数

| 参数 | 值 |
|------|-----|
| 最佳气压范围 | 0.2Pa～0.6Pa |
| 常温晶粒尺寸 | 30nm |
| 180℃晶粒尺寸 | ~100nm |
| 真空退火温度 | 400℃ |
| 真空退火后应力 | 急剧增大 |
| 金膜残余应力 | 可达350MPa |

## 与其他文献的关联

### 印证点
- 与《磁控溅射Cu膜织构与残余应力_赵海阔2009》印证：温度升高应力增大
- 与《磁控溅射工艺参数和材料对Cu薄膜性能影响研究进展_刘冰》印证：气压存在最优值

### 与XC03项目关联
- **核心相关**：XC03镀铜膜也有残余应力问题
- 如果膜层开裂/脱落 → 检查是否温度过高
- 如果膜层鼓起 → 检查气压是否在最优范围
- 避免高温热处理

## 个人理解/提炼

**核心规律**：
1. **气压**：太低→高能轰击→张应力；太高→能量降低→压应力；**存在最优区间**
2. **温度**：温度越高→晶粒越大→晶界越少→应力越大
3. **热处理**：退火会导致应力**急剧增大**

**对XC03的启发**：
- 控制镀膜温度不要过高
- 保持气压在0.2-0.6Pa范围
- 避免对镀膜样品进行高温处理

## 待深入/疑问
- 不同材料的最佳气压是否相同？
- Cu膜的应力变化规律是否与Au膜一致？

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## 📅 更新记录

| 日期 | 操作 | 说明 |
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| 2026-04-11 | 新增 | 芝士虾 |