Человечество непрерывно наносит тонкие плёнки — красит, окисляет, напыляет. На бумагу, ткани, стены, ногти, стёкла очков, на повреждённую кожу.

Деформация и разрушение тонких плёнок под действием напряжений: a — растрескивание и скалывание; b — коробление; c — гофрирование. Иллюстрация из реферируемой статьи.

Человечество непрерывно наносит тонкие плёнки — красит, окисляет, напыляет. На бумагу, ткани, стены, ногти, стёкла очков, на повреждённую кожу. Да вся микроэлектроника — это нанесение тонких плёнок. Плёнки иногда лежат тихо и мирно, а иногда отваливаются. Если у вас есть чайник, то вы не раз видели плёнки, которые отвалились, — тонкие полупрозрачные пластинки накипи. Отваливаются они из-за того, что механические напряжения превзошли прочность соединения плёнки и подложки. А из-за чего возникли напряжения?

Возникать механические напряжения могут не только из-за разности коэффициентов термического расширения плёнки и подложки и колебаний температуры — это самое очевидное, но и, как оказывается, по многим другим причинам. Из-за изменения фазового и химического состава, из-за воздействия электромагнитных полей. Они могут возникать и в процессе роста, если подложка заставляет плёнку расти не с её собственной, а со своей решёткой, или из-за формирования и слияния островков на начальной стадии роста плёнки. А ещё напряжения могут быть связаны с образованием в плёнках точечных дефектов, внедрением примесей и фазовыми превращениями, которые идут при осаждении. Некоторые из этих процессов могут происходить и при хранении.

Во всём многообразии причин, влияющих на прочность тонких плёнок, разбирались в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН. Так что, если мы собираемся наносить на поверхность какую-то плёнку, нам эти сведения могут пригодиться. Тем более что из-за механических напряжений плёнка может не только отклеиться — могут измениться многие её свойства.

Шуругов А. Р., Панин А. В. Механизмы возникновения напряжений в тонких плёнках и покрытиях. ЖТФ, 2020, № 12, с. 1971.

№10, 2021