陈小军，余森江，焦志伟，陈苗根

（中国计量学院 物理系，浙江 杭州 310018）

1 引言

利用溅射方法沉积的薄膜往往包含有较大的残余内应力。薄膜沉积完成之后，随着内应力的逐渐释放，薄膜易于形成开裂、起皱、鼓包、脱层（屈曲）等力学失效模式［1-8］。尽管在实际的应用中，薄膜的力学失效是不希望出现的，但其一方面包含丰富的物理机理，另一方面也可通过其几何尺寸推断出薄膜的内应力、弹性模量和膜基结合能等参数［9-11］，因而薄膜的各类应力释放模式吸引着人们进行广泛而深入的研究，现已在实验和理论两个方面均取得了大量的研究成果［1-11］。在压应力导致的薄膜屈曲（脱层）模式中，圆形鼓包、直线状条纹和电话线结构是人们研究最为深入的。其中电话线结构在实验上最为常见，因为均匀薄膜中的内应力是各向同性的，电话线形结构最稳定，也最有利于等双轴压应力的释放［6-8］；圆形鼓包是电话线结构的早期形貌，在尺寸较小时可稳定存在，一旦尺寸超过某一临界值，圆形鼓包将演化成电话线结构［4］；而直线条纹只释放掉垂直方向的压应力，平行方向的压应力则得到累积，因而其在能量上是亚稳的，在均匀薄膜中并不常见，即使生成后也容易再次演化成电话线结构［5，9］。到目前为止，人们对均匀薄膜中屈曲结构的形貌取向和几何特征，以及由屈曲结构推断薄膜的力学性能研究最多，而对非均匀薄膜的内应力，或者由于边界和其它缺陷引起的内应力变化和屈曲结构变化则研究较少。……