薄膜應力測量方法及影響因素研究進展

馬一博， 陳 牧， 顏 悅， 劉偉明， 韋友秀，張曉鋒， 李佳明

(1.中國航發北京航空材料研究院 透明件研究所，北京 100095； 2.北京市先進運載系統結構透明件工程技術研究中心，北京 100095)

人們發現，當用薄膜材料替換塊體材料，或在塊體材料表面覆蓋一層薄膜材料，新材料體系能夠表現出更加優異的、甚至全新的性能。例如，金屬氮化物薄膜可以極大地改善切割工具的耐磨性能[1]；全固態薄膜鋰電池利用固態薄膜電解質代替傳統電解液，從根本上解決了電池易燃、易爆的安全隱患[2]；薄膜晶體管技術的成熟使柔性顯示屏開始在部分特殊領域替代傳統硬玻璃基底上的液晶顯示屏[3]。由此可見，固體薄膜材料在多個領域具有廣泛的應用價值，特別是在光學器件[4]、半導體器件[5]、電子器件[6]和防腐耐磨涂層[7]等領域具有重要應用價值。

另一方面，薄膜沉積是個非平衡過程，沉積原子并不完全處于平衡狀態，這意味著薄膜處于應力狀態[8]。例如薄膜鋰電池正極制備過程中，選擇在單晶硅Si(100)上沉積鈷酸鋰(LiCoO2)薄膜，薄膜應力會使Si基底形成曲率半徑較大的球冠狀形貌，如果應力繼續增大，會引起LiCoO2薄膜的開裂或脫落。通常，張應力(tensile stress)會引起薄膜開裂或者限制薄膜有效厚度，壓應力(compressive stress)會造成薄膜的褶皺、起泡和脫落現象[9-11]。由此可見，薄膜應力是引起薄膜失效的重要原因，例如薄膜內應力過大會使微電子機械系統(MEMS)結構層發生形變甚至破裂，造成器件失效[12]；導體上的絕緣涂層由于應力作用會產生裂紋等缺陷進而引起電路短路；金屬氧化物半導體(MOS)器件的電學性質受電介質薄膜應力影響等[13]。因此，研究薄膜應力對改善薄膜性能和壽命具有重要意義。

目前，薄膜應力研究面臨的主要困難是應力產生機理解釋模糊以及定量表征應力模型復雜。Chason等[8]基于前人工作，詳細介紹了薄膜應力形成機理：提出晶格錯配、熱應力和濺射能量效應等機理，并建立了薄膜生長應力的動力學模型，較合理、完善地解決了這一困難。然而，研究薄膜應力的最終目標是準確控制薄膜應力狀態，盡可能降低應力對材料或器件性能的影響。所以，為了實現控制應力的目標，首先需要準確測量薄膜應力，然后找到影響薄膜應力的因素并進一步優化。本文在第一部分詳細介紹了目前常用的薄膜應力測量方法，對比分析了每種方法的優缺點及工作原理，為準確表征應力提供了選擇參考；第二部分系統地討論了影響薄膜應力的因素，包含薄膜制備環節和后處理環節，為控制應力狀態提供了可靠手段；第三部分總結了研究薄膜應力測量方法和影響因素的意義，并展望了薄膜應力的研究方向。

1 薄膜應力檢測方法

目前，已有多種手段可以檢測薄膜應力。基于Stoney公式的基底曲率法[14-17]巧妙地將薄膜應力用基底曲率的變化表示，而與薄膜本身的性質無關，這種方法適合測量幾乎所有類型的薄膜材料。結晶薄膜通常使用X射線衍射(XRD)技術測量峰位衍射角，由衍射角變化計算薄膜應力[18]。非結晶薄膜也可使用拉曼光譜(Raman)分析特征拉曼峰偏移，半定量計算薄膜應力[19]。此外，中子衍射法[20]、納米壓痕法[21]、巴豪森噪聲法(magnetic Barkhausen noise, MBN)[22]、光纖光柵法(fiber bragg grating, FBG)[23]、開爾文探針力顯微鏡法(Kelvin probe force microscope, KPFM)[24]也是幾種應力測量方法，但只適合測量某些特殊的薄膜-基底體系。

1.1 基底曲率法

基底曲率法是表征薄膜應力最常見的方法，通過測量薄膜應力引起的基底形變，結合Stoney公式計算應力。根據測量基底應變的手段不同，基底曲率法包括多種類型，其中一種使用輪廓儀[15]，輪廓儀的特殊探針劃過待測樣品表面，記錄其表面曲率信息，這種獲得應力的方法簡單方便，但操作時容易引入較大的誤差，或者曲率變化不大的情況下測量不準確。而懸臂梁法[25-26]是一種相對靈敏、準確的測量方法，其原理是當一束光照射到樣品表面時，樣品本身的微小彎曲會使光束的反射方向改變，在較遠處測量反射光斑的位置偏移可以通過換算得到基片的曲率變化。

1.1.1 Stoney公式

Stoney公式是基底曲率法測量薄膜應力的理論基礎。早在1909年，Stoney觀察到當沒有外部載荷作用于系統(薄膜-基底)上，沉積于基底上的金屬薄膜仍處于拉伸或壓縮狀態，結果使基底產生應變而彎曲，于是提出了經典的Stoney公式(1)，把薄膜應力和基底曲率的變化相關聯。

(1)

式中：σ是薄膜平均應力；κ0是基底曲率初始值；κ

是基底任意時刻對應曲率；hf表示薄膜厚度；hs基底厚度；Ms是基底雙軸彈性模量。需要注意的是，Stoney公式(1)根據能量最小化方法推導，使用情況依賴于薄膜剛度和厚度，它是hs/hf→0的極限例子，同時引入若干假設分析基底-薄膜體系的形變。如圖1所示，Stoney公式假設基底變形是軸對稱的，且對應應力σ處于等雙軸狀態，方向垂直薄膜邊界，應力分布均勻且處處相等，其他使用條件參考文獻[27]。

圖1 基底-薄膜體系物理模型Fig.1 Physical model of substrate-film system

1.1.2 接觸式檢測法

圖2 KLA Tencor P-7應力測試樣品臺(a)和應力結果重復性檢驗(b)Fig.2 KLA Tencor P-7 sample stage for stress measurement(a)and stress results repeatability test(b)

1.1.3 非接觸式檢測法

多束光學應力敏感技術(multi-beam optical sensor, MOS)是一種實時、無損的薄膜應力測量技術,不但可以對薄膜應力、表面曲率和翹曲進行精確測量，而且還能進行二維應力繪圖分析,同時還可精確測量應力、曲率隨溫度變化的關系。MOS工作原理如圖3所示，入射二維平行光矩陣從樣品表面反射，通過CCD(charge coupled device)照相機收集反射光信號，捕捉器收集并記錄反射信號，得到相鄰光斑之間的距離，MOS分析軟件根據公式(2)將相鄰光斑距離的變化轉化為基底曲率的變化，然后將基底曲率代入Stoney公式(1)得到薄膜應力。

(2)

式中：δd是相鄰光斑距離的變化；d0是相鄰光斑距離初始值；α是入射角；L是基底與CCD之間距離。

圖3 MOS測量示意圖Fig.3 Schematic of MOS measurement

目前，kSA(k-Space Associates)，Inc公司設計了上述原位薄膜應力計，該設備具有很高的檢測靈敏度，可精確測量曲率半徑大于20 km的微小形變，檢測所得應力厚度積精確度0.1 GPa·nm。使用該型號MOS設備，測量應力結果，包括平均應力(average stress)和應力增量(incremental stress)兩個參數。圖4實例表示在Si(100)上沉積LiCoO2薄膜時(樣品臺旋轉)，應力厚度積隨薄膜厚度的變化曲線。實驗曲線上任意一點和起點的連線，其斜率表示該點對應厚度的平均應力，如圖中圓點所在虛線三角形，其斜率k1表示厚度120 nm的LiCoO2薄膜對應的平均應力。實驗曲線上任意一點的切線斜率表示該點對應厚度增加單位厚度時應力的變化量，如圖中黑色三角形所在虛線三角所示，其斜率表示厚度210 nm的LiCoO2增長1 nm時應力增大k2。

圖4 在Si(100)上沉積LiCoO2薄膜時應力-厚度積 隨薄膜厚度的變化曲線Fig.4 Curve of stress-thickness product changing along with thickness of LiCoO2 film deposited on Si(100)

1.2 X射線衍射(XRD)法

X射線衍射法一般用于檢測半導體和晶體薄膜中的殘余應力。XRD是一種半無損檢測方法，測量結果十分可靠。根據X射線衍射效應，材料內部存在三類殘余應力。其中Ⅰ類殘余應力引起X射線譜線位移，Ⅱ類引起X射線譜線展寬，Ⅲ類引起X射線譜線強度下降，這是XRD測量薄膜應力的理論基礎。通常采用掠射、側傾和內標組合方式作為XRD應力測量的最佳方法，并使用2θ-sin2ψ方法處理得到應力結果，具體測量步驟參考教材[28]。例如Magnus等[22]使用XRD檢測了不同退火溫度制備的CrN薄膜對應的殘余應力，發現退火樣品的衍射峰(220)向小角度偏移，計算得到未退火樣品和退火樣品對應殘余應力依次為-4 GPa和-1.5 GPa。

1.3 拉曼(Raman)光譜法

使用拉曼光譜測量薄膜應力是一種無損、半定量方法。拉曼光譜分析薄膜應力原理如下：當入射激光被待測樣品分子散射時，大多數散射光與入射激光具有相同波長，這種散射稱為瑞利散射。然而，還有極小一部分散射光的波長與入射光不同，這部分散射稱為拉曼散射。將拉曼散射和瑞利散射之差定義為拉曼位移。拉曼位移與分子振動能級相關，不同基態對應不同能級，當待測樣品存在應力時，由于分子間晶格發生應變而導致能級變化，可以通過拉曼位移定量表征應力大小。例如，Haibo等[29]基于拉曼光譜檢測了CeO2-δ薄膜應力，通過拉曼峰偏移分別計算了物理應變和化學應變構成的薄膜應力。

1.4 納米壓痕(nanoindentation)法

納米壓痕測量薄膜應力是一種局部損害的方法。Dong等[30]詳細概述了納米壓痕法測量薄膜殘余應力的理論基礎：當壓針壓入薄膜時，會在局部區域引入外部應力造成薄膜局部應變，薄膜應力與薄膜硬度和彈性模量無明顯關系，而與壓痕接觸面積有顯著關系。因此，可以通過測量試樣對應的壓痕接觸面積計算殘余應力。例如Liu等[14]使用公式(3)，(4)測量了不同厚度銅薄膜的殘余應力，選擇金剛石玻式壓頭，壓入深度控制在薄膜厚度1/10處。基于Oliver-Pharr理論和典型的應力-應變曲線計算薄膜的硬度H數據。然后，通過Suresh模型和無應力、有應力樣品之間壓痕接觸面積的差異計算殘余應力[31]，通過負載-壓深曲線計算得到不同厚度銅膜樣品對應殘余應力。

(3)

(4)

式中：H是銅薄膜的硬度；A0和A分別對應無應力、有應力樣品接觸面積的投影值；α是壓頭的壓入角度，玻式壓頭α=24.7°。

1.5 其他方法

除了上述常見應力測量方法，還有一些特殊應力測量手段。巴豪森噪聲法(MBN)主要適合分析鐵磁材料的應力信息，通過特殊探針接觸待測材料，施加一定頻率的激發信號，待測材料產生感應磁場，通過收集感應信號并后續處理獲得薄膜應力信息。光纖光柵法(FBG)是一種可以測量曲面基底應力的方法，當光柵纖維被寬譜帶光源照亮，低頻光會被反射而其余光透射，把透射光中頻率最小的定義為布拉格波長λB=2Λ·neff，Λ是光柵間距，neff是有效反射系數，當待測薄膜應力發生變化Δσ0會引起布拉格波長的改變ΔλB，關系為：

(5)

通過檢測布拉格波長即可得到薄膜應力。開爾文探針力顯微鏡(KPFM)可以定量表征納米尺度范圍的應力狀態，通過改裝原子力顯微鏡裝置，使用開爾文探針測量薄膜表面的功函數，表面功函數和薄膜應力之間存在經驗關系，進而間接計算薄膜應力，設備具體改造信息和測量原理請參考文獻[24]。

1.6 測量方法小結

不同應力測量方法基于不同理論基礎，適合檢測不同類型的基底-薄膜體系。同時，由于所得應力結果類型不同，在比較應力結果驗證應力一致性之前，需要確定應力類型和測量條件。基底曲率法測量環境要求低，可原位或非原位檢測薄膜應力，已廣泛使用；X射線衍射法只適合檢測晶體材料，且檢測和后續數據處理過程繁瑣，但是測量結果可靠，可以應用到原位測量；拉曼光譜法測量環境要求低，適合測量結晶和非晶樣品，但拉曼峰偏移信號受多種應變共同影響，且應變模型構建困難。納米壓痕法局部破壞待測樣品，適合測量幾乎所有類型薄膜材料。其他介紹的薄膜應力測量方法用途較窄。

2 薄膜應力影響因素

任何基底上沉積的薄膜，不可避免地存在殘余應力，該應力狀態一般會造成薄膜結構和性質不可預期的破壞，因此，研究有效控制薄膜應力具有重要意義。基底-薄膜體系通常是二維平面結構且薄膜具有固定組成，但是隨著真空鍍膜技術的發展，多組分薄膜和不同結構的薄膜體系被制備，同時，鍍膜方法種類較多，如物理氣相沉積(離子鍍膜、磁控濺射)、化學氣相沉積(等離子增強、光化學氣相沉積、原子層沉積)、熱氧化法(干氧、濕氧)、溶膠凝膠法等，且每種制備工藝中包含多種的因素，無法一一詳細討論。本文有代表性地小結了薄膜成分比例、基底類型、磁控濺射工藝參數(濺射功率、工作壓力、基底溫度)等因素對薄膜應力的影響。

2.1 薄膜成分比例

當沉積薄膜所含元素種類不變化，但相對比例改變，新形成的薄膜其應力狀態也會發生變化。例如，Turnow等[32]研究了Cu-Ti合金薄膜中不同Cu含量對薄膜殘余應力的影響。發現Cu含量在低含量區間(0%～10%)增加時，壓應力線性增加，這種壓應力增大的趨勢可能有兩種解釋：其一是原位應力釋放機理，其二是晶粒邊界處原子摻雜，即釘扎效應。隨著 Cu含量繼續增大，相應壓應力減小，可以通過相轉變理論解釋。而Cu含量在中含量區間(35%～80%)，薄膜應力無明顯變化，這與此區間生長的薄膜都是無定形結構相關。然而，Cu含量分別等于85%和90%的薄膜樣品應力出現很大波動，這種應力的波動可以用快速移動機理解釋。此外，Karimi等[33]制備了不同N含量的Nb1-xTixNy薄膜，發現隨著N含量的線性增加，Nb1-xTixNy薄膜呈現近似的應力變化曲線，壓應力先增大后減小。由此可見，可以通過控制待沉積薄膜組分比例(如靶材摻雜、反應氣體流量)獲得較小殘余應力的薄膜。

2.2 基底類型

目前，一些功能薄膜需要沉積在特定材料或形狀的基底上，如在彎曲基底上沉積的透明導電膜、具有殼-核結構的催化劑等，不同基底類型會對薄膜應力的測量和結果引入新的問題。如Kusaka等[34]在硼硅酸鹽玻璃基底上沉積AlN薄膜，需要考慮基底和沉積薄膜熱膨脹系數(CTF)的差異引入的熱應力；對于特殊的基底形狀，使用常規檢測應力的方法往往無法得到準確結果，需要使用新的測量手段，如Rao等[23]在圓柱形基底沉積Ni-P合金薄膜時，傳統應力檢測方法不再適用，采用FBG方法準確測量殘余應力，通過檢測鍍膜前后透射率的變化間接得到薄膜應力。

2.3 磁控濺射鍍膜工藝參數優化

在磁控濺射制備薄膜過程中，為了控制殘余應力，普遍使用的手段是在沉積薄膜過程中優化薄膜制備工藝(如濺射功率、工作壓力、基底溫度等)。目前，大量濺射沉積工藝對薄膜應力的影響研究表明，濺射功率、工作氣壓、電源偏壓、基底溫度、濺射角度等工藝參數都對薄膜應力產生影響，且這些因素共同影響薄膜應力。

2.3.1 濺射功率、工作氣壓對殘余應力的影響

隨著濺射功率的增大，薄膜應力發生壓應力-張應力轉變。Kusaka等[35]使用直流磁控濺射在玻璃基底上沉積AlN薄膜，討論了不同濺射功率對薄膜殘余應力的影響，結果表明：隨著濺射功率增大(變化區間50～200 W)，殘余應力指數下降，且濺射功率小于110 W對應張應力，濺射功率大于110 W對應壓應力。將低功率出現張應力解釋為低功率沉積的AlN晶粒尺寸小，存在較多晶界，高功率形成壓應力是離子釘扎效應，同時用釘扎效應解釋了壓應力來源。

同樣地，隨著工作氣壓的升高，薄膜應力也發生壓應力-張應力轉變。這一現象被Kohout等[36]實驗證實，他們研究了高功率脈沖磁控濺射(HiPIMS)沉積Al2O3薄膜過程中，工作氣壓對殘余應力的影響，發現隨著工作氣壓的升高(0.07～2.68 Pa)，薄膜的殘余應力由低壓應力狀態轉變為低張應力狀態(-200～+260 MPa)。

Asa′adl等[37]使用直流磁控濺射制備Ta膜，討論了濺射功率和工作壓力對薄膜殘余應力的共同影響。制備過程選擇3個濺射功率和5個工作氣壓，其余工藝參數一致，分別在有氧化層的單晶Si(100)片上沉積50 nm Ta膜。結果表明相同濺射功率條件，隨著工作氣壓的升高，殘余應力經過壓應力-張應力-壓應力類型轉變，相同工作氣壓區間，不同濺射功率下，不同濺射功率對殘余應力無影響或存在正相關影響。不同濺射功率和工作氣壓造成應力類型轉變和數量變化的可能原因：工作氣壓較小時，氬氣原子和靶材原子平均自由程大、碰撞幾率小，基于原子的釘扎效應形成壓應力。隨著工作氣壓的增大，Ta晶粒逐漸長大，但晶界受到束縛，或者是鉭金屬相開始由α相過渡到β相，相轉變解釋了張應力的形成。最后高氣壓下，摻雜雜質可誘導薄膜回到壓應力狀態。

2.3.2 薄膜厚度對薄膜應力的影響

一般文獻分析濺射功率或工作氣壓對薄膜應力的影響時，往往需要單獨說明薄膜厚度對殘余應力的影響，說明薄膜厚度也是影響應力狀態的重要因素。例如，Liu等[14]使用直流磁控濺射方法以相同工藝條件制備了不同厚度銅薄膜樣品，通過基底曲率法測量薄膜應力，實驗結果表明：隨著薄膜厚度增加，薄膜應力也會發生從壓應力到張應力的類型轉變。此外，薄膜厚度對薄膜應力的影響具有普遍規律，陳燾等[38]介紹各種介質薄膜和金屬膜等光學薄膜中的應力隨薄膜厚度的變化關系，且薄膜厚度至少達到3～5 nm時才會出現明顯的應力，說明只有當薄膜厚度達到某個臨界厚度才會產生薄膜應力。

關于薄膜厚度影響應力的解釋與濺射功率、工作氣壓對應力的影響機理有相似也有差異。例如，Khawaja等[39]討論ZnO薄膜厚度對薄膜應力的影響時，使用了晶粒融合假設而不是釘扎效應，他們使用射頻磁控濺射在Si(100)基底上沉積ZnO薄膜，采用晶粒融合假設解釋壓應力來源，因為通過盧瑟福背散射(RBS)檢測薄膜組成，發現ZnO薄膜中未存在嵌入Ar離子，所以排除了釘扎效應。

2.3.3 基底溫度對殘余應力的影響

基底沉積溫度為反應提供所需的活化能，合理的基底溫度可使待沉積薄膜原子快速到達平衡位置，此時薄膜應力最小。因此，基底溫度也是影響薄膜應力的一個重要因素。Gang等[40]使用磁控濺射在不同基底溫度沉積Ti6Al4V薄膜，Ti6Al4V薄膜在此沉積條件下都產生壓應力，且壓應力隨著基底溫度的升高線性減小。濺射離子對基底材料的撞擊，即釘扎效應解釋了壓應力的形成原因。基底溫度的升高誘使沉積原子的可遷移性變強，有利于改善沉積原子的非平衡狀態，因此壓應力減小。通常，還可使用熱膨脹系數差異解釋基底溫度對薄膜應力的影響。Swaleha等[41]使用直流磁控濺射在不同基底溫度沉積相同厚度FeCo薄膜，FeCo薄膜在此沉積條件下都產生張應力，且張應力隨著基底溫度的升高而減小。薄膜應力處于張應力是由于基底Si(100)晶格尺寸遠遠大于FeCo薄膜晶格尺寸，界面處FeCo薄膜結構匹配Si(100)晶格參數而造成的。至于張應力隨基底溫度升高而下降趨勢是熱膨脹系數差異造成的。

2.3.4 電源偏壓和原子入射方向對殘余應力的影響

改變電源偏壓或沉積原子入射方向可獲得不同薄膜織構，而且新薄膜結構具有更好的應力狀態。XIE等[42]通過改變射頻電源偏壓調整薄膜殘余應力：在Si(100)上沉積相同厚度無定形碳膜，單層薄膜全程在等離子偏壓Vs=-200 V下制備，而多層薄膜是硬膜(偏壓Vs=-200 V)和軟膜(偏壓Vs=0 V)的交替沉積。基底曲率法獲得單層、多層薄膜應力分別為7.20 GPa和3.26 GPa。造成多層薄膜應力幾乎下降一半的原因是交替的硬膜和軟膜結構提供了一種更好的應力釋放途徑。此外，大量文獻討論了沉積薄膜原子入射角對殘余應力的影響。例如，Jun等[43]發現，不同入射角α沉積的MgO薄膜應力狀態都屬于壓應力，α=55°生長薄膜對應壓應力最小-1.73 MPa，α<55°生長薄膜對應壓應力較大(接近8 MPa)，α>55°生長薄膜對應壓應力較小(僅僅3 MPa)。

2.3.5 退火工藝對薄膜殘余應力的影響

雖然可以通過優化薄膜制備工藝參數降低薄膜生長階段產生的應力，但是后續薄膜退火處理可能引起薄膜應力變化，所以退火工藝也是控制薄膜應力的關鍵步驟。例如，固體薄膜鋰電池需要使用結晶態LiCoO2等做電池正極[44]，在退火過程中，薄膜殘余應力會因環境溫度的變化發生極大改變，甚至造成薄膜開裂和脫落。

通過改變退火溫度、保溫時間、退火氣氛等參數來研究薄膜殘余應力的變化的方法已有文獻報道。Asa′ad等[37]研究了在氧氣氣氛中，不同退火溫度(90～300 ℃)處理鉭膜后薄膜殘余應力的變化。結果表明：鉭薄膜退火溫度上升到300 ℃，壓應力急劇增大。這可能是在300 ℃的條件下，鉭膜表面形成新的氧化層Ta2O5，晶格錯配造成的。Zhou等[45]使用電子束蒸發制備系列厚度相同的Au薄膜，選擇在大氣環境中退火1 h，考察了100～400 ℃溫度區間內8個不同溫度對Au薄膜殘余應力的影響，結果表明：退火前后薄膜樣品的晶型并沒有改變。然而，隨著退火溫度的升高，Au(111)峰位衍射角2θ向高角度偏移，說明殘余應力(張應力)隨退火溫度升高而增大。最后，檢測了未退火樣品和不同溫度下退火樣品的殘余應力隨時間的變化，發現退火樣品比未退火樣品殘余應力更穩定，且退火溫度越高，殘余應力越穩定。

3 總結與展望

薄膜生長過程中，多種因素會共同影響薄膜應力，且這些因素相互影響。例如，濺射功率會改變基底溫度，工作壓力會改變沉積速率等等，很難單獨考察某個因素對薄膜應力的貢獻，所以需要綜合考慮它們對應力結果的影響。此外，大多數文獻報導了薄膜應力在沉積過程中發生應力狀態改變的現象，根據經驗，可以分兩種情況討論：(1)平均應力處于拉應力或壓應力狀態，這與薄膜沉積過程相關(例如基底溫度、濺射功率、薄膜組成等)，通常情況下，高基底溫度和大濺射功率易形成壓應力狀態，而低溫、小功率沉積薄膜以形成張應力狀態；(2)應力增量隨薄膜厚度變化也會發生壓應力-張應力狀態的轉化，該現象可能與薄膜微觀結構和表面形貌相關，例如薄膜沉積初始階段由于晶界融合產生拉應力向壓應力的轉變。薄膜后處理(如退火)也會改變薄膜應力狀態，與薄膜制備過程相似，影響薄膜應力的普遍規律需要研究人員后續研究。

隨著人們對薄膜應力的深入研究，薄膜應力測量方法取得了很大進步，目前已有多種方法可較為準確地測量薄膜應力，測量手段不同，所得應力類型不同。絕大多數薄膜-基底類型可使用基底曲率法或納米壓痕法測量薄膜應力，但都不可避免地損壞待測樣品。一些光學檢測方法(如XRD，MOS，Raman等)所得應力結果不僅準確可靠，而且對待測樣品破壞更小。當檢測特殊類型的薄膜體系時，可使用一些新方法(如FBG，MBN，KPFM等)簡單方便地獲得應力結果。由此可見，多種應力測量方法相互補充，基本可以解決測量方法局限性問題。

通過概述薄膜應力影響因素，我們發現，薄膜制備工藝、退火工藝參數是影響薄膜應力的主要因素，雖然影響因素種類較多且多個因素存在相互影響，很難定量考察單個因素對應力的貢獻，但是可以通過優化制備或退火工藝參數有效控制薄膜應力，達到預期的應力狀態。同時發現，薄膜應力(平均應力、應力增量)隨制備和退火過程發生的變化可能與沉積過程相關，也可能與薄膜微觀結構和表面形貌相關。

人們意識到薄膜應力是引起薄膜材料失效的重要原因，無論是百米級的飛機涂層還是納米級MEMS器件，研究薄膜應力都至關重要。為了改善薄膜應力狀態，雖然對薄膜應力測量方法和影響因素已有大量研究，但普遍適用性規律有待提高。所以，后續研究薄膜應力可集中在不同材料體系的薄膜應力精確測量方法，以及探索薄膜應力的普遍性控制技術。至于薄膜應力檢測在工業生產中的應用可朝著兩個方向發展，一是大面積米級功能薄膜，如太陽能薄膜電池，電致變色玻璃等；二是納米級小尺寸薄膜器件，如柵極氧化層，自供電芯片等。準確檢測不同尺寸薄膜材料的應力狀態需要設計相應檢測范圍的應力測試裝置，合理控制應力的手段也需進一步完善。

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