赵升升，程毓，张小波，常正凯

Si和316L基片上TiN薄膜微观结构和应力的对比分析

赵升升1，程毓1，张小波2，常正凯2

（1.深圳职业技术学院 机电工程学院，广东 深圳 518055；2.深圳市速普仪器有限公司，广东 深圳 518000）

比较Si和316L基片上TiN薄膜的微观结构和应力，分析基片材料和基片初始曲率对薄膜应力的影响。采用电弧离子镀技术在Si基片和316L基片上制备了TiN薄膜，实测了薄膜应力，通过XRD、SEM、TEM等方法对薄膜的微观结构进行了分析。运用有限元分析技术，以结构力学为原理，分别对不同初始曲率的Si基片和316L基片上的薄膜应力测试进行了计算和校正应用。相同工艺条件下，316L基片上TiN薄膜的应力比Si基片上的大。TiN薄膜应力随偏压的增大而增大。薄膜生长至近表面都形成了柱状晶结构，316L基片与TiN薄膜的膜基界面处出现较多的半共格生长结构，而Si基片的膜基界面结合以纳米晶混合为主。基片的初始曲率半径会导致薄膜应力测试产生误差，初始半径越小，引起的误差越大。偏压作用下，316L基片上薄膜会产生更大的压应力。316L与TiN薄膜的膜基界面结合更好，有利于其承受更高的薄膜应力。316L基片的初始曲率半径显著小于Si基片，由此引起的薄膜应力测试误差较大，有必要对316L基片上的薄膜应力测试结果进行校正。

基片弯曲法；应力测试；残余应力；基片初始曲率；基片材料

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薄膜应力问题是薄膜制备和应用过程中一个长期存在的问题，薄膜应力状态将影响其使役性能[1]。由物理气相沉积技术制备的硬质薄膜，因其优异的力学特性，被广泛应用于切削刀具及机械零部件表面，其膜基结合力[2]、抗摩擦磨损[3]和抗腐蚀[4]等性能都受到薄膜应力的显著影响。……