光学薄膜广泛应用于半导体器件、光电显示、光通信等领域。由于薄膜镀制过程中,经历了固相-气相-固相的变化过程,使得光学薄膜中普遍存在一定的应力,应力的存在不仅影响薄膜-基板系统的牢固性,还会引起基板发生形变,从而使膜系偏离中心波长。因此,研究薄膜的应力行为,限制薄膜应力的影响,对提高光学薄膜的性能有重要意义。在薄膜的镀制过程中由于品格失配、热膨胀系数失配、薄膜在沉积过程中分子之间的相互作用以及薄膜内部存在着各种宏观缺陷,从而使薄膜基板系统中存在着应力。微电子及光电子器件的使用寿命与薄膜应力有很大关系。为了研究应力对薄膜器件的牢固性的影响,本文进行了深入的研究工作。本文首次利用有限元分析软件ANSYS研究了在热应力起主要作用的薄膜系统中,力矩理论在分析薄膜系统牢固性方面的应用。研究发现:力矩均为负值时,在薄膜层与层之间的界面处,自由边界附近受到最大的张应力,靠近中心张应力减小,直至变为压应力,这种薄膜系统发生分层破裂的概率很大。只要有负值的力矩存在,薄膜系统就可能分层破裂,并且力矩为负的层数越多,薄膜系统发生分层破裂的概率就越大;力矩均为正值时,在薄膜层与层之间的界面处,自由边界附近受到最大的压应力,靠近中心压应力减小,直至变为张应力,这种薄膜系统发生分层破裂的概率很小。这些结论对实际薄膜系统的应力分析有重要的指导作用。同时本文首次提出了多层薄膜在基板上镀制顺序与薄膜系统牢固性之间的关系。研究发现:在设计薄膜系统时,一般应使张应力和压应力交替出现,这样可以使薄膜中的应力相互抵消,并且薄膜镀制的顺序非常重要,产生张应力的薄膜靠近基板,这样可以增强薄膜系统的牢固性。由于热应力在薄膜系统稳定性中的重要作用,研究薄膜中的热应力有重要的意义。但是由于薄膜和块状材料的微结构不同,使得同种材料的薄膜和块状材料的热膨胀系数、弹性模量存在很大的差别,不能用块状材料的数据来分析薄膜的热学性质,而且薄膜的热学参数与制备工艺密切相关。通过测量不同温度下薄膜的残余应力,可以得到蹦さ挠α?温度曲线,并且进一步可以得到应力-温度曲线的斜率。本文研究了电子束蒸发的SiO₂薄膜的热学性质和力学性质。研究发现:薄膜的热膨胀系数随着沉积温度的增加而增加,但是总是小于块状材料的热膨胀系数;同时,实验发现电子束蒸发所获得的SiO₂薄膜随着沉积温度的增加,其弹性模量E/（1-v）减小,并且都大于块状材料的弹性模量。对薄膜中实际应力的组成进行研究有益于指导薄膜的镀制工艺。本文研究了薄膜沉积温度对薄膜应力成分的影响。实验发现:对于电子束蒸发的SiO₂薄膜随着沉积温度的增加,不同的基板上热应力、内应力以及由水引入的外应力都表现出不同的变化行为。薄膜镀制后的退火处理是一种增强薄膜系统牢固性的重要手段。本文最后研究了老化处理对薄膜中应力的影响。研究发现:老化可以改变薄膜的内应力,而几乎不影响薄膜的热应力。