多晶膜两种宏观应力的测试方法

薄膜是器件的一种表现形式。多晶薄膜宏观应力的测试需求越来越多。下面总结了两种多晶薄膜的宏观应力测试方法。

通过掠入射X射线衍射(GID)的方法获得5个以上衍射峰的峰位置，然后以应变strain为纵轴，以sin²ψ为横轴，使用Leptos软件拟合后得到应力值。这种测试方法对仪器硬件的要求是可以满足GID测试即可（次级光路有一个赤道索拉+探测器具有0维模式即可满足，主光路使用发散狭缝或者Goebel镜均可）。

以Fe基底上的TiCrN镀层为例，使用配置Cu靶的D8 ADVANCE衍射仪进行GID测试，分别得到TiCrN镀层的(200)，（220），（311），（222）和（422）完整衍射峰。如图1所示：

▲图1：TiCrN镀层的(200)，（220），（311），（222）和（422）衍射峰。

然后，在Leptos软件中以应变strain为纵轴，以sin²ψ为横轴，拟合后得到应力值。其中ψ为每个衍射峰的衍射矢量与基底法线之间的夹角。如下图2所示：

▲图2：TiCrN镀层应力在Leptos软件中的拟合结果。

第二种测试薄膜应力的方法是掠入射+侧倾法相结合来完成的。需要使用点光源和尤拉环样品台，结合长索拉和探测器的0维模式进行样品的测试。这种测试方法只测试某一个特定的衍射峰，在尤拉环倾斜不同的ψ角的情况下通过GID的方法测试该衍射峰的完整谱图。如下图3所示：

▲图3：上图：不同尤拉环倾斜角ψ角下测试的衍射峰。下图：根据衍射峰位置随ψ角变化拟合得到应力值。

对比以上两种测试方法，第一种测试方法对硬件要求比较低，适合测试衍射峰比较多的薄膜样品。第二种测试方法要求配置点光源功能+尤拉环，当薄膜的衍射峰较少时可以选择第二种方法。