[发明专利]一种丝织构薄膜残余应力检测方法

说明书

一种丝织构薄膜残余应力检测方法，它属于薄膜材料的特性表征技术领域。本发明解决了采用传统方法对丝织构薄膜残余应力的测试不准确的问题。本发明基于丝织构薄膜所具有的横向等方性，对其残余应力分析提出了具体的解决方案。通过坐标系转换，直接计算出样品坐标系下样品的弹性张量，从而根据广义胡克定律就可以建立样品坐标系下的宏观残余应力和应变的关系。采用本发明建立的残余应力和应变关系的理论模型，可以有效解决传统X射线衍射应力测试方法对丝织构薄膜残余应力测试的不准确问题。本发明可以应用于丝织构薄膜残余应力的检测。

技术领域

本发明属于薄膜材料的特性表征技术领域，具体涉及一种用于表征具有丝织构薄膜的残余应力的无损检测方法。

背景技术

薄膜材料在现代材料科学和技术的各个领域都发挥着重要的作用。尤其是在微电子与固体电子技术领域，器件的小型化、集成化的发展趋势不可阻挡，这就造就了薄膜材料的出现以及迅速的发展。薄膜技术正是实现器件与系统微型化的最为有效的手段之一。但是，在如今的薄膜制备过程中不可避免的会产生残余应力，残余应力的存在将直接对薄膜的性能产生影响，通常来说，拉应力会导致薄膜开裂、损伤，压应力会使薄膜起泡、褶皱，甚至使整个器件失去功能。因此，精确测定薄膜材料的残余应力及对残余应力进行调控，对薄膜材料的发展具有至关重要的意义。

X射线衍射技术，是利用X射线入射到结晶材料时的衍射峰位偏移来进行薄膜残余应力分析，具有便捷、准确、无损等优点。传统X射线衍射方法测试材料的残余应力一般采用sin²Ψ方法，这种方法是基于各向同性条件进行推导的，当薄膜中具有丝织构时，这时的薄膜显然不能看做各向同性体，因此采用该方法进行丝织构薄膜残余应力测试时必然造成一定的误差，导致对丝织构薄膜残余应力的测试不准确。因此，进行丝织构薄膜残余应力测试时必须考虑织构状态，即择优取向的晶体学方向以及择优取向的空间分布状态的影响。

发明内容

本发明的目的是为解决采用传统方法对丝织构薄膜残余应力的测试不准确的问题，而提出了一种丝织构薄膜残余应力检测方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种丝织构薄膜残余应力检测方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、建立样品坐标系S、晶体物理坐标系C和测试坐标系L，所述样品坐标系S、晶体物理坐标系C和测试坐标系L均为三维笛卡尔直角坐标系，且样品坐标系S、晶体物理坐标系C和测试坐标系L同原心；

步骤二、将样品在晶体物理坐标系C下的柔度张量变换到样品坐标系S下，并通过统计平均求出样品在样品坐标系S下的平均柔性张量；

步骤三、利用步骤二求出的样品在样品坐标系S下的平均柔性张量，并基于广义胡克定律，求出样品在样品坐标系S下的应变张量ε^S；

步骤四、将样品在样品坐标系S下的应变张量ε^S转换到测试坐标系L下，得到样品在测试坐标系L下的应变张量ε^L；应变张量ε^L中衍射矢量方向的张量元为通过数学变换得到待测残余应力与2θ_ψ-sin²ψ曲线斜率之间的关系；

根据计算出的2θ_ψ-sin²ψ曲线斜率，得到样品的残余应力。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种丝织构薄膜残余应力检测方法，本发明基于丝织构薄膜所具有的横向等方性，对其残余应力分析提出了具体的解决方案。通过坐标系转换，直接计算出样品坐标系下样品的弹性张量，从而根据广义胡克定律就可以建立样品坐标系下的宏观残余应力和应变的关系。采用本发明建立的残余应力和应变关系的理论模型，可以有效解决传统X射线衍射应力测试方法对丝织构薄膜残余应力测试的不准确问题。

本发明所提出的方法不紧适用于具有丝织构的晶态薄膜材料，也同样适用于块体材料。