材料結構小尺寸與特征微觀尺寸-微觀結構電子顯微鏡

薄膜系統(tǒng)的分類是基于相對的物理尺寸，而沒有涉及反映材料基本
結構的任何長度尺度．這種長度尺度通常與材料特定的化學組成有關，
而且尺度可依賴于形成材料結構的制備方法．例如，對多晶體薄膜來說
，本征長度尺度至少包括原子單胞的尺寸、晶體缺陷的間距和晶粒尺寸
．這樣，應該根據(jù)比較薄膜結構的微小尺寸和組成的材料的絕對長度尺
度特征來考慮薄膜組態(tài)的次分類．

當薄膜的厚度同基底厚度相比很小時(一般是50倍或更多)，它代表
力學上的薄麓在這種情況下，薄膜材料或者沒有本征結構長度尺度(如
非晶薄膜情況)，或者薄膜厚度遠大于所有特征微結構長度尺度，例如
晶粒尺寸、位錯、胞尺寸、沉淀物或顆粒間距、位錯環(huán)直徑、位錯運動
的平均自由程或磁疇壁尺寸．這些結構f典型的厚度是幾十或幾百微米)
通過等離子噴涂或物理氣相沉積在基底上．或薄層通過焊接、擴散焊、
爆炸復合、燒結或高溫自蔓燃合成結合在基底上．當然，這個定義只有
當微結構的尺寸尺度小于薄膜厚度時成立．為了分析這些力學薄膜中的
應力、基底曲率和斷裂，在很大范圍的實際情況中要使用連續(xù)介質力學
方法．

當材料結構的小尺寸與特征微觀尺寸尺度相當時，薄膜被認為是微
觀結構薄膜，在微電子器件和磁存儲介質中使用的多數(shù)金屬薄膜都是微
觀結構薄膜的例子，其中薄膜厚度遠大于原子或分子尺寸．雖然在這些
情況下，薄膜厚度一般只包括幾個結構單元，薄膜的平面尺寸遠大于特
征微觀尺寸尺度．與力學薄膜相比，這些薄膜的力學性能更強烈地受到
諸如平均晶粒尺寸、晶粒形狀、晶粒尺寸分布和晶體學織構等因素的影
響．晶粒與晶粒之間晶體取向的變化和熱、電、磁、機械性能的晶體各
向異性也對微觀結構薄膜的整個力學響應有更加明顯的影響．在這本書
中詳盡地考慮了微觀結構薄膜的機制和力學．在基底表面上，微觀結構
薄膜可以制備成線或條的圖案，這種情況下每條線的橫截面尺寸都與微
觀單元尺寸相當．對外延結合于較厚基底上的單晶薄膜來說，只有晶格
是微觀上有意義的尺寸．因此，這種薄膜一般即使在薄膜厚度僅為原子
單胞尺寸的幾倍時也被當作是微觀結構薄膜．

原子級薄膜構成的層的厚度與一個或幾個原子層相當．表面上吸收
的單層氣體或雜質原子就是原子級薄膜的例子．在這里，原子間勢和表
面能將可能比宏觀力學性能和變形微觀機制更影響薄膜的力學響應．

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