薄膜应力
青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
1 第9章 压力容器中的薄膜应力
本章重点内容及对学生的要求：
（1）压力容器的定义、结构与分类；
（2）理解回转薄壳相关的几何概念、第一、二主曲率半径、平行圆半径等基本概念。
（3）掌握回转壳体薄膜应力的特点及计算公式。
第一节 压力容器概述
1、容器的结构
如图1所示，容器一般是由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、支座、接管及人孔（手孔）视镜等组成，统称为化工设备通用零部件。
图1 容器的结构示意图
2、压力容器的分类
压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故的危害性程度各不相同。压力容器的分类也有很多种，一般是按照压力、壁厚、形状或者在生产中的作用等进行分类。本节主要介绍以下几种：
○1按照在生产工艺中的作用
反应容器（R）：主要用来完成介质的物理、化学反应，利用制药中的搅拌反应器，化肥厂中氨合成塔，。
换热容器（E）：用于完成介质的热量交换的压力容器，例如换热器、蒸发器和加热器。
分离压力容器（S）：完成介质流体压力缓冲和气体净化分离的压力容器，例如分离器、干燥塔、过滤器等；
储存压力容器（C，球罐代号为B）：用于储存和盛装气体、液体或者液化气等介质，如液氨储罐、液化石油气储罐等。
○2按照压力分
外压容器：容器内的压力小于外界的压力，当容器的内压力小于一个绝对大气压时，称之为真空容器。
内压容器：容器内的压力大于外界的压力。
低压容器（L）： MPaPMPa6.11.0；
中压容器（M）：MPaPMPa1016.0
高压容器（H）：MPaPMPa10010
超高压容器（U）：PMPa10 青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
2 ○3《压力容器安全监察规程》
一类容器：有下列情况之一的
A 非易燃或无毒介质的低压容器；
B 易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器；
二类容器：有下列情况之一的
A剧毒介质的低压容器；
B 易燃或者有毒介质的低压反应容器和储运容器；
C 中压容器；
D 内径小于1m的低压废热锅炉
三类容器：有下列情况之一的
A 高压、超高压容器；
B 剧毒介质，且最高工作压力与容积的乘积MPaLVPW200
C 易燃或者有毒介质且MPaLVPW500的中压反应容器；或者MPaLVPW500的中压储运容器；
D 中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。
3、压力容器设计的基本要求
压力容器应首先满足设备的工艺尺寸，能在指定的操作条件下如压力、温度等完成指定的生产任务并保证产品的质量。在工艺尺寸确定后，进行结构和零部件设计，需要满足以下的要求。
○1强度 构件抵抗破坏的能力。
为了保证生产安全和正常工作，设备必须满足所有零部件的强度需要。例如提升重物的钢丝绳，不允许被重物拉断。但在设计中，为了保证强度而盲目的加大结构尺寸是不合理的，因为会造成材料的极大浪费，增加运输及安装费用。壳体与部件的等强度设计是合理发挥材料潜力的好方法（如精馏塔的变径设计）。在容器上设计强度脆弱部件，当设备承受的载荷超载时，使其首先破坏以保护设备主体不受损害是生产过程中的安全措施。
○2刚度 即构件在外力作用下保持原有形状的能力。对于薄壁容器来说，规定它的最小壁厚值是为了保证在运输及安装施工时不致发生过大的扭曲变形。规定塔盘的厚度不小于3mm，是防止塔盘的挠度过大以致产生液层厚度较大偏差，是为了通过液层的气液不致分布不均匀，影响塔盘分离效率。上海化工厂的法兰翘曲变形，主要是螺拴和法兰的刚度不相匹配而引起的。
（3）稳定性 指的是设备维持其原有的平衡形式。当化工容器承受外压力作用，如真空装置，必须满足稳定要求，不致在操作过程中被压瘪，失去工作能力。
（4）耐久性 耐久性根据要求的使用年限来确定。一般要求使用年限为10～12年。与其他机器类产品相比，机器的寿命决定主要机件的磨损，而容器及设备则决定于操作介质与周围环境对其腐蚀情况，在某些情况下，如果受交变载荷或高温时，应考虑设备的疲劳破坏及蠕变。根据所要求的使用年限和腐蚀情况，正确选用结构材料是保证设备耐久性的重要措施。
（5）密封性 容器及设备的密封性能是使其安全、可靠操作的重要措施。石油、化工产品的生产过程中，所处理物料具有易燃、易爆、有毒的特征。若密封性能得不到保证，使物料泄漏出来，不仅在生产中造成损失，而且会造成燃烧、爆炸、操作人员中毒的恶性事故。
（6）制造工艺
应在结构上保证最小的材料消耗，尤其是贵重材料的消耗。在结构设计时应使其便于加青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
3 工、保证制造质量。应尽力避免复杂的加工工序，尽可能的减少加工量。设计时应采用标准设计和标准零件和部件。零部件的标准化是适应容器及设备生产特点、提高零部件互换能力、降低设备成本的一个重要途径。
（7）运输、安装与维修
设备及容器的自动化控制虽能简化了操作过程，但将增加投资，需要细致的核算经济效益方能进行确定。设计的合理结构还应考虑安装维修方便，例如，人孔的尺寸不能太小。设备尺寸和形状还要考虑整体运输的可能性，应满足铁路、公路、水路上的桥梁和涵洞的可能允许的最大尺寸，例如，高度、宽度、长度、质量等。
第二节 回转薄壳及其薄膜应力分析
1、回转薄壳的几何概念
（1）旋转壳体
旋转壳体指以任意直线或平面曲线作母线，绕其同平面内的轴线旋转一周而成的旋转曲面。平面曲线的不同，得到的回转壳体的形状也不同。例如：与轴线平行的直线绕轴旋转形成圆柱壳；与轴线相交的直线绕轴旋转形成圆锥壳；半圆形曲线绕轴旋转形成球壳。
中间面和壳体壁厚的概念。
图2 不同形状的回转壳体（幻灯片或者教材）
（2）薄壁容器
根据容器的外径D0和内径Di的比值K进行划分：
○1厚壁容器 K>1.2；
○2薄壁容器 K1.2；泵壳（1010+165）/165 = 1.16
中低压容器属于薄壁容器，以下主要讨论薄壁容器的强度计算。
（3）回转曲面上的曲率半径
图3 一般回转壳体（幻灯片或者教材）
纵截面与第一曲率半径
如上图所示，过C点和OO’轴作平面，该平面与回转曲面的相交线称为经线，经线所在的平面称之为纵截面，其位置由它与母线平面的夹角确定。
经线上的C点的曲率中心K1必在过C点的法线上，CK1即为C点的第一曲率半径，1；
横截面
过C点作和OO’轴相垂直的平面，该平面与回转曲面的交线是一个圆，称之为平行圆，平行圆所在的截面为横截面。
锥截面和第二曲率半径
过C点作和与经线OB在C点的切线相垂直的平面，该平面和回转曲面相交又得到平面曲线，这条曲线上C点的曲率中心必在过C点的法线上，K2又必在OO’轴上，则CK2即为C点的第二曲率半径，2。
○1锥截面和回转曲面的交线为一个圆，称为回转曲面的纬线；
○2同一点的纬线和平行圆相互重合；
○3锥截面截出的是壳体的真实壁厚。
2、回转薄壳的薄膜应力分析
研究的壳体壁厚较薄，且不考虑壳体与其他零部件连接处的局部应力，可以认为径向应力和环向应力沿壁厚均匀分布，此时应力状态和承受内压的薄膜相似。又称薄膜理论。 青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
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图4 回转薄壳上的径向薄膜应力
（1）基本假设（此部分选讲）
假定壳体材料有连续性、均匀性和各向同性，即壳体是完全弹性的。
小位移假设 各点位移都远小于厚度。可用变形前尺寸代替变形后尺寸。变形分析中高阶微量可忽略。
直线法假设 变形前垂直于中面直线段，变形后仍是直线并垂直于变形后的中面。变形前后法向线段长度不变。沿厚度各点法向位移相同，厚度不变。
不挤压假设 各层纤维变形前后互不挤压。
（2）径向应力分析（推导过程根据课时可以机动掌握）
12sincprσ （区域平衡方程） （1）
（3）环向应力分析
图5单元体的截取与各截面上的内力
12mp（微分平衡方程，拉普拉斯方程） （2）
第三节 薄膜应力理论分析
1、圆筒形壳体
第一曲率半径1=∞，第二曲率半径2=D/2，代入方程（1）与（2）得：
4mpD， 2pD 青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
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图6 圆筒形壳体上的薄膜应力
2、球壳
对于球壳，1=2=D/2，代入方程（1）与（2）得：
4mpD
直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。
当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。
3、锥形壳
圆锥形壳半锥角为a，A点处半径为r，厚度为d，则在A点处：
12 cosr，代入方程（1）与（2）得：
图7 锥形壳体锥截面上的薄膜应力
2cosmpr， cospr
锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥角a的增大而增大；
半锥角要选择合适，不宜太大。
在锥形壳体大端r=R时，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。
4、椭圆形壳体
（1）椭圆形壳体薄膜应力计算方程 青岛科技大学机电工程学院装控系 化工设备机械基础讲稿 第9章
6 椭圆壳经线为一椭圆，22221xyab；
a、b分别为椭圆的长短轴半径。
由此方程可得第一曲率半径为：
23/242223/21242[1()][()]dyaxabdxdyabdx （3）
42221/22[()]sinxaxabb （4）
代入方程（1）与（2）中：
4222442224222()2()[2]2()mpaxabbpaaxabbaxab
其薄膜应力的分布情况如图8所示。
图8椭圆形壳体的薄膜应力分布图
图9 半椭圆母线
（2）标准椭圆封头的薄膜应力
化工常用标准椭圆形封头，a/b=2，故有：
在椭圆封头的顶点处：mpa
在赤道处：22(2)22mpapaapab
其薄膜应力的分布特点为：
顶点应力最大，经向应力与环向应力是相等的拉应力。
顶点的经向应力比边缘处的经向应力大一倍；
顶点处的环向应力和边缘处相等但符号相反。
应力值连续变化。
薄膜应力测试方法及标准
薄膜应力测试方法及标准
嘿，朋友们！今天咱来聊聊薄膜应力测试方法及标准。
那这薄膜应力测试到底咋弄呢？一般来说，先得准备好测试样品，要确保它的平整和洁净哦。然后把样品固定在测试装置上，这一步可得小心谨慎，千万别弄出啥差错。接下来就是施加外力啦，慢慢增加力度，同时密切观察薄膜的变化。在这个过程中，可得注意测量的准确性呀，稍有偏差可能结果就大不同啦！而且操作一定要规范，不然得出个不靠谱的结果，那不就白折腾啦！
说到这过程中的安全性和稳定性，那可太重要啦！就像走钢丝一样，稍有不慎就可能出问题。测试装置必须稳稳当当的，不能有啥晃动或者故障。而且操作人员也要严格遵守安全规定，保护好自己呀。只有这样，才能保证测试顺利进行，不出岔子。
那薄膜应力测试都有啥应用场景和优势呢？哇，那可多了去啦！在电子行业，它能确保那些薄薄的元件正常工作。在材料研发领域，更是能帮助科学家们找到更好的材料呢。它的优势就是能快速准确地得到薄膜的应力情况呀，就像给薄膜做了一次全面体检，让我们对它了如指掌。
来看看实际案例吧。之前有个公司研发新的薄膜材料，通过应力测试，发现了一些潜在的问题，及时进行了改进，最后产品大获成功。这效果，杠杠的！这不就充分说明了薄膜应力测试的重要性嘛。
所以呀，薄膜应力测试方法及标准那可是相当重要的，能帮助我们更好地了解和利用薄膜材料，让它们发挥出最大的作用！
薄膜材料的力学行为和应力分析
薄膜材料的力学行为和应力分析
薄膜材料是一种在实际生活中广泛应用的材料，它具有轻薄、柔软、透明等特点，被广泛应用于电子产品、光学器件、医疗器械等领域。薄膜材料的力学行为和应力分析对于材料的设计和应用具有重要意义。
薄膜材料的力学行为是指在外力作用下，薄膜材料发生的形变和变形。由于薄膜材料的厚度相对较小，所以其力学行为与传统的块体材料有所不同。首先，薄膜材料的弯曲刚度较大，即在外力作用下，薄膜材料发生弯曲变形的能力较强。其次，薄膜材料的拉伸和压缩性能较差，容易发生撕裂和破坏。此外，薄膜材料的表面张力也会影响其力学行为，使其在表面上形成一定的应力分布。
对于薄膜材料的力学行为进行应力分析是十分重要的。应力分析可以帮助我们了解薄膜材料在外力作用下的变形情况，从而指导材料的设计和应用。在薄膜材料的应力分析中，常用的方法有力学模型法和有限元分析法。
力学模型法是一种基于物理原理和假设的分析方法。通过建立适当的力学模型，可以计算出薄膜材料在不同应力状态下的应力分布和变形情况。常用的力学模型有薄板理论、弹性薄膜理论等。薄板理论假设薄膜材料在平面内的应力分布均匀，可以用平面应力或平面应变假设进行分析。弹性薄膜理论则考虑了薄膜材料的弯曲和拉伸性能，可以更精确地描述薄膜材料的力学行为。
有限元分析法是一种数值计算方法，通过将薄膜材料划分为有限个小单元，建立数学模型，并利用计算机进行模拟计算，得到薄膜材料在不同应力状态下的应力分布和变形情况。有限元分析法可以考虑薄膜材料的非线性和非均匀性，能够更精确地模拟和分析薄膜材料的力学行为。
在实际应用中，薄膜材料的力学行为和应力分析对于材料的设计和应用具有重要意义。例如，在电子产品中，薄膜材料常用于制作柔性电路板和触摸屏等部件。对于这些部件的设计和制造，需要考虑薄膜材料在外力作用下的弯曲和变形情况，以确保其正常工作和可靠性。此外，在光学器件和医疗器械中，薄膜材料的力学行为和应力分析也会影响其光学性能和使用寿命。
薄膜应力测试方法
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1 / 4 薄膜的残余应力测试
一、薄膜应力分析
图一、薄膜应变状态与应力
薄膜沉积在基体以后，薄膜处于应变状态，若以薄膜应力造成基体弯曲形变的方向来区分，可将应力分为拉应力(tensile stress)和压应力 (compressive
stress)，如图一所示。拉应力是当膜受力向外伸张，基板向内压缩、膜表面下凹，薄膜因为有拉应力的作用，薄膜本身产生收缩的趋势，如果膜层的拉应力超过薄膜的弹性限度，则薄膜就会破裂甚至剥离基体而翘起。压应力则呈相反的状况，膜表面产生外凸的现象，在压应力的作用下，薄膜有向表面扩张的趋势。如果压应力到极限时，则会使薄膜向基板内侧卷曲，导致膜层起泡。数学上表示方法为拉应力—正号、亚应力—负号。
造成薄膜应力的主要来源有外应力 (external stress)、热应力 (thermal
stress) 及內应力 (intrinsic stress)，其中，外应力是由外力作用施加于薄膜所引起的。热应力是因为基体与膜的热膨胀系数相差太大而引起，此情形发生于制备薄膜時基板的温度，冷卻至室温取出而产生。內应力则是薄膜本身与基体材料的特性引起的，主要取决于薄膜的微观结构和分子沉积缺陷等因素，所以薄膜彼此的界面及薄膜与基体边界之相互作用就相當重要，這完全控制于制备的参数与技术上，此为应力的主要成因。
二、薄膜应力测量方法传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！
测量薄膜内应力的方法大致可分为机械法、干涉法和衍射法三大类。前两者为测量基体受应力作用后弯曲的程度，称为曲率法；后者为测量薄膜晶格常数的畸变。
（一） 曲率法
假设薄膜应力均匀，即可以测量薄膜蒸镀前后基体弯曲量的差值，求得实际薄膜应力的估计值，其中膜应力与基体上测量位置的半径平方值、膜厚及泊松比
(Poisson's ratio) 成反比；与基体杨氏模量 (Es，Young's modulus)、基体厚度的平方及蒸鍍前后基体曲率（1/R）的相对差值成正比。利用这些可测量得到的数值，可以求得薄膜残余应力的值。
ansys薄膜应力弯曲应力设置
ansys薄膜应力弯曲应力设置
1. 引言
ANSYS是一款常用的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。薄膜应力和弯曲应力是材料力学分析中重要的参数，对于薄膜材料的设计和优化具有重要意义。本文将介绍如何在ANSYS中设置薄膜应力和弯曲应力分析。
2. 薄膜应力分析设置步骤
薄膜应力是指在薄膜材料中由于外界作用力引起的应力分布。在ANSYS中进行薄膜应力分析，需要按照以下步骤进行设置：
2.1 几何模型建立
首先，需要根据实际情况建立几何模型。可以使用ANSYS提供的几何建模工具，也可以导入其他建模软件生成的几何模型。
2.2 材料属性定义
在进行薄膜应力分析前，需要定义薄膜材料的力学性质。可以通过材料库中的材料进行选择，也可以自定义材料属性。
2.3 网格划分
在进行薄膜应力分析前，需要对几何模型进行网格划分。网格划分的密度和精度会对分析结果产生影响，需要根据实际需求进行调整。
2.4 载荷和边界条件设置
在进行薄膜应力分析前，需要设置载荷和边界条件。载荷可以是力、压力、温度等，边界条件可以是固定边界、自由边界等。根据实际情况进行设置。
2.5 薄膜应力分析设置
在进行薄膜应力分析前，需要设置分析类型和求解器。可以选择静态分析或动态分析，选择适合的求解器进行计算。
2.6 结果输出和后处理
薄膜应力分析完成后，可以进行结果输出和后处理。可以输出应力分布图、应变分布图等，进行结果分析和优化设计。 3. 弯曲应力分析设置步骤
弯曲应力是指在材料受到弯曲载荷时产生的应力分布。在ANSYS中进行弯曲应力分析，需要按照以下步骤进行设置：
3.1 几何模型建立
与薄膜应力分析相似，首先需要建立几何模型。
3.2 材料属性定义
同样需要定义材料的力学性质。
3.3 网格划分
同样需要对几何模型进行网格划分。
3.4 载荷和边界条件设置
设置弯曲载荷和边界条件。
3.5 弯曲应力分析设置
设置分析类型和求解器。
薄膜压应力张应力
薄膜压应力张应力
摘要：
1.薄膜压应力张应力的定义
2.薄膜压应力张应力的产生原因
3.薄膜压应力张应力的应用
4.薄膜压应力张应力的测量方法
5.薄膜压应力张应力的影响因素
正文：
薄膜压应力张应力是指薄膜材料在受到外力作用下，产生的内部应力状态。其中，压应力是指薄膜在受到垂直于表面的外力时，产生的内部应力；张应力是指薄膜在受到平行于表面的外力时，产生的内部应力。
薄膜压应力张应力的产生原因主要有两点：一是薄膜材料本身的性质，如材料的粘弹性、强度等；二是外力作用，包括拉伸、压缩等。
薄膜压应力张应力在实际应用中具有重要意义。例如，在制造过程中，合理的压应力张应力控制可以提高薄膜的稳定性和耐用性。此外，在材料科学研究中，研究薄膜压应力张应力有助于深入了解材料的力学性能和结构特性。
测量薄膜压应力张应力的方法有多种，如光弹应力测量法、激光测距法、X 射线衍射法等。这些方法各有优缺点，需要根据实际需求和测量条件选择合适的方法。
影响薄膜压应力张应力的因素有很多，包括薄膜材料的种类、厚度、制备工艺、外力作用方式等。为了获得理想的压应力张应力状态，需要在制备和加工过程中对这些因素进行严格控制。 总之，薄膜压应力张应力是研究薄膜材料力学性能的重要课题。
晶圆薄膜的应力
晶圆薄膜的应力
晶圆薄膜的应力是指在晶圆或薄膜上施加的内部力，由于晶格不匹配、热膨胀系数差异、薄膜形变等因素引起。这种应力可以对薄膜的物理和化学性质、稳定性和性能产生影响。
晶圆薄膜的应力可以分为两种类型：残余应力和应力漂移。
1. 残余应力：残余应力指的是在晶圆薄膜制备过程中或后续工艺中引入的应力。常见的产生残余应力的因素包括晶圆和衬底之间的晶格不匹配、厚度非均匀性、热膨胀系数差异、退火过程中的结晶和缺陷等等。
2. 应力漂移：应力漂移是指薄膜在运行过程中由于外部环境或加工条件的改变而发生的应力变化。例如，温度变化、机械应力和湿度变化等因素都可以引起薄膜应力的漂移。
晶圆薄膜的应力可能会对材料性能和可靠性产生重要影响：
• 机械性能：应力可能导致晶圆薄膜的展向或横向改变，从而影响其刚度、强度和韧性等机械性能。
• 晶体生长和缺陷：应力可能影响晶体生长过程中的晶格匹配，导致缺陷、晶界和位错的生成。
• 可靠性：应力可能导致晶圆薄膜的断裂、起皱、剥离或与衬底的界面剪切等现象，从而降低器件或封装的可靠性。
为了管理晶圆薄膜的应力，可以采取一些方法来优化薄膜的制备、控制工艺参数、选择合适的衬底材料或者通过混合材料的设计来调节应力。此外，实验测试和数值模拟也可以用来评估和预测材料的应力状态，以指导薄膜制备和材料设计的优化。
薄膜应力概念
薄膜应力概念
嘿，朋友！咱今天来聊聊薄膜应力这个有点神秘但其实也不难懂的概念。
你知道吗？薄膜应力就好像是给物体穿上了一层“紧身衣”。这层“紧身衣”的力量可不简单，它会对物体产生各种影响。
比如说，你想想一个气球，当你把它吹起来的时候，气球表面是不是有一种紧绷的感觉？这就有点像薄膜应力在起作用。薄膜应力就像是气球表面那股让它保持形状，又限制它过度膨胀的力量。
再拿一张纸来打比方。当你把纸弄湿，然后让它自然晾干，这张纸可能会变得皱巴巴的。这也是因为在纸张表面形成了一种不均匀的薄膜应力，就好像有一群小调皮在拉扯着纸张，让它没法保持原来平整的样子。
薄膜应力在很多领域都有着重要的作用呢。在工程领域，像那些大型的压力容器、管道，薄膜应力可就得好好研究。不然，一旦这应力出了问题，那后果可不堪设想！就好比建房子，如果地基没打好，房子能牢固吗？薄膜应力没处理好，这些设备就可能出现裂缝、泄漏，甚至发生危险的事故。
在材料科学中，研究薄膜应力能帮助我们开发出性能更优秀的材料。比如说，让金属材料更耐磨、更耐腐蚀，这可都离不开对薄膜应力的深入了解。 你可能会问，那薄膜应力到底是怎么产生的呢？这就好比两个人在拔河，两边的力量不均衡，就产生了一种拉扯的效果。薄膜应力的产生，往往是因为物体表面受到不均匀的力，或者是因为温度的变化、材料的相变等等。
而且，薄膜应力还分拉应力和压应力呢。拉应力就像是在使劲儿把东西拉长，压应力则像是在用力把东西压扁。这两种应力的作用可大不相同。
总之，薄膜应力虽然听起来有点专业和复杂，但其实只要我们多去观察、多去思考，就能发现它在我们的生活和工作中无处不在。了解它、掌握它，就能让我们更好地利用材料，设计出更安全、更可靠的产品。你说是不是这个理儿？
所以啊，别小看这薄膜应力，它可是个隐藏在各种物体背后的重要角色，对我们的生活有着大大的影响！
cvd薄膜应力
cvd薄膜应力
CVD薄膜应力
引言：
化学气相沉积（CVD）是一种常用的薄膜制备方法，它通过在高温下使气体反应生成固态产物。在CVD过程中，薄膜的应力是一个重要的研究方向。薄膜应力对薄膜的力学性能、稳定性和工艺可行性等方面都有重要影响。本文将从CVD薄膜应力的来源、测量方法和调控手段等方面进行探讨。
一、CVD薄膜应力的来源
CVD薄膜应力的来源主要有晶格匹配度差异、热应力和内部应力等多个方面。晶格匹配度差异是指CVD薄膜材料与衬底基材之间晶格结构的不匹配，从而导致薄膜应力的产生。热应力是由于CVD过程中的温度差异引起的，当薄膜与基材之间的热膨胀系数不一致时，就会产生热应力。内部应力是由于CVD过程中材料的沉积和结晶引起的，当沉积速率不均匀或结晶过程中出现缺陷时，就会产生内部应力。
二、CVD薄膜应力的测量方法
测量CVD薄膜应力的方法有多种，常用的有曲率法、衬底法和X射线衍射法等。曲率法是通过测量薄膜和基材之间的曲率变化来确定薄膜应力的大小，其原理是利用薄膜在不同应力下的弯曲变形程度不同。衬底法是通过在衬底上沉积相同材料的薄膜，然后通过测量薄膜与衬底之间的位移差来计算薄膜应力。X射线衍射法是通过测量薄膜的晶格常数和应力引起的晶格畸变来确定薄膜应力的大小。
三、调控CVD薄膜应力的手段
调控CVD薄膜应力的手段主要包括材料选择、工艺参数调控和应力调控层等。材料选择是指选择与衬底基材具有较好匹配度的薄膜材料，以减小晶格匹配度差异引起的应力。工艺参数调控是指通过调整CVD过程中的温度、气体流量和沉积速率等参数来控制薄膜的生长过程，从而减小应力的产生。应力调控层是一种通过在薄膜与基材之间引入特殊的材料层来调控薄膜应力的方法，它可以通过吸收或者缓冲应力的方式来减小薄膜应力的大小。
结论：
CVD薄膜应力是由多个因素共同作用产生的，包括晶格匹配度差异、热应力和内部应力等。测量CVD薄膜应力的方法有曲率法、衬底法和X射线衍射法等。为了调控CVD薄膜应力，可以通过材料选择、工艺参数调控和应力调控层等手段来实现。进一步研究CVD薄膜应力的来源和调控机制，对于提高薄膜材料的性能和应用具有重要意义。
晶圆薄膜的应力 2
晶圆薄膜的应力
晶圆薄膜（wafer thin film）在半导体制造过程中扮演着重要角色。它通常指的是在硅晶圆上沉积的一层或多层薄膜，这些薄膜可以是绝缘的、导电的或半导体的，用于构建集成电路。在薄膜沉积过程中，可能会引入应力，这些应力可以是热应力、化学应力或机械应力。
1. 热应力：沉积过程中，薄膜材料和晶圆之间的热膨胀系数不匹配可能导致热应力。当温度变化时，薄膜和晶圆的尺寸会发生变化，如果它们的膨胀系数不同，就会产生应力。这种应力可能会导致薄膜破裂、分层或形变。
2. 化学应力：薄膜沉积过程中使用的化学物质可能会与晶圆表面的原有材料发生反应，产生化学应力。这种应力可能会导致薄膜与晶圆之间的界面处产生缺陷或应力集中。
3. 机械应力：在晶圆加工过程中，如切割、抛光等步骤，可能会引入机械应力。这些应力可能会影响薄膜的完整性和平整性。
为了控制这些应力，半导体制造过程中会采用多种技术和方法，如选择与晶圆热膨胀系数相近的材料、优化沉积工艺参数、进行后处理步骤以缓解应力等。此外，还可以通过高精度的测试设备来检测和评估晶圆薄膜中的应力分布，以确保集成电路的性能和可靠性。
薄膜应力控制
27 3.2 薄膜曲度與應力控制
本節在於討論如何控制殘餘應力來達到所要的參數設計。
3.2.1 半導體製程常用金屬特性
3.2.2 Bimorph-Residual Stress Equation
4223121212216441)]cos(1[)(6)1(3(nmmnmnmnkttnEEmLzmnnkmtE 28
For material 1:W material 2:Polysilicon L=70μm
圖3.1
當上層金屬材質固定，由圖3.1可以看出h的高度隨著WDA厚度t的增加而減少﹔另一方面，在WDA厚度固定時，可以藉由調整t1與t2的比例，以得到最大的h。 29
Material 1:W, Ti, Au, Cu material 2:Polysilicon L=70μm t=1 μm
0.70.90.90.90.90.80.70.50.31.93.13.94.44.64.54.33.82.72.54.56.07.07.57.77.56.85.24.47.39.110.110.610.510.08.96.40.02.04.06.08.010.012.09.004.002.331.501.000.670.430.250.11n=t2/t1h(um)WTiAuCu
當WDA的厚度t固定，而採用不同的上層金屬材料時，可以看出，楊氏係數越大，相對的WDA中心點拱起高度h會越小。
實例驗證：（利用該研究數據，以驗證本公式的準確性）
A High-Speed Low-Voltage Stress-Induced Micro machined 2X2 Optical Switch
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以殘留應力與靜電力驅動的光切換器動作圖
實驗量測得到：操作電壓 20V 鏡面位移300 μm 切換時間 600 μs
懸臂全長1.5mm，殘留應力區域長度為750μm