1.一种原位应力测试设备,其特征在于:包含反应室、反应室顶部的转轴步进马达及通过转轴步进马达控制驱动的可变化角度的激光器、控制激光器横向移动的步进导轨、信号采集器、具有特定应力测试算法公式的应力计算输出系统、反应室底部的生长载片台、控制载片台的旋转马达、可沉积薄膜的样品、磁场控制装置、温度控制装置以及压力控制装置;
反应室顶部至少具有1个第一探测器、反应室侧壁至少具有1个第二探测器;所述激光器通过转轴步进马达控制激光器的旋转角度θ,通过步进导轨控制激光器在反应室顶盖进行横向移动,反应室底部的生长载片台的旋转马达转动可沉积薄膜的样品;
所述激光器沿可沉积薄膜的样品,从其中心位置测试至其边界位置的角度为θ,可沉积薄膜的样品的中心至边缘的水平距离为r,r随着样品的应力及曲翘变化而变化;所述信号采集器收集r和θ数据,导入具有特定应力测试算法公式的计算输出系统,通过特定应力测试算法公式σ=a×(r/sinθ×(1±cosθ) )-b,原位实时输出应力σ数据;所述的反应室顶盖的第一探测器主要收集边界位置以内的反射信号,侧壁的第二探测器主要收集边界位置以外的反射信号。
2.如权利要求1所述的一种原位应力测试设备,其特征在于:所述反应室为高温、高压、低温、低压、强磁场生长设备的反应室;所述生长设备为MOCVD、MBE、LPCVD、CVD、HVPE、长晶炉中的一种;所述的温度控制装置包括:加热装置、温控装置、降温装置;所述的压力控制装置包括反应室底部的抽气泵、压力传感器、碟阀、过滤器。
3.如权利要求1所述的一种原位应力测试设备,其特征在于:所述的特定应力测试算法公式为根据以下算法得出:
曲率算法:根据样品的翘曲计算曲翘值Δx,其中算法为Δx2-2×R×Δx+r2=0,即算法公式1 ;
根据测试系统推出角度关系sinθ=r/R ,即算法公式2;
根据应力与曲翘值关系推出应力算法公式:σ=a×(R± )-b,即算法公式3;
最后根据算法公式1、算法公式2、算法公式3推出特定的应力测试算法公式σ=a×(r/sinθ×(1±cosθ) )-b。
4.如权利要求3所述的一种原位应力测试设备,其特征在于:所述特定应力测试算法公式σ=a×(r/sinθ×(1±cosθ) )-b中,当样品的曲翘向上凸时,应力测试算法公式为σ=a×(r/sinθ×(1+cosθ) )-b;当样品的曲翘向下凹时,应力测试算法公式为σ=a×(r/sinθ×(1-cosθ) )-b。
5.如权利要求3所述的一种原位应力测试设备,其特征在于:所述样品为氮化物半导体时,a=0.00797±0.001,b=0.36782±0.1。
6.一种原位应力测试方法,采用如权利要求1~5任一项所述的一种原位应力测试设备执行如下步骤:
(1)将可沉积薄膜的样品放置在生长载片台上,通过反应室顶部的转轴步进马达控制可变化角度的激光器旋转至θ=0度位置,发射出激光光线,定位出样品的中心位置1,并通过第一探测器、第二探测器接收到反射信号1;
(2)通过反应室顶部的转轴步进马达改变激光器的角度θ扫描可沉积薄膜的样品,第一探测器、第二探测器接收到信号为反射信号2和标定的极弱反射信号3的临界位置时,即反射信号2除以极弱反射信号3>a倍时,可定位出样品的边界位置2,以及最大的角度θ,位置1和边界位置2的距离为r,即可沉积薄膜的样品的中心至边缘的水平距离为r ,r随着样品的应力及曲翘变化而变化;随着角度θ从0开始增大,反应室顶盖的第一探测器收到的反射信号逐渐变弱,而反应室侧壁的第二探测器收到的反射信号逐渐增强,当角度变化至临界的边界位置2时,第二探测器的反射信号高于第一探测器的反射信号强度,双重确定边界位置
2;
(3)信号采集器将测得的r和θ输入具有特定应力算法公式的应力计算输出系统,通过特定应力测试算法公式σ=a×(r/sinθ×(1±cosθ) )-b,实时输出应力数据σ。
7.如权利要求6所述的一种原位应力测试方法,其特征在于:还包含变化生长条件,所述生长条件包含温度、压力和磁场;重复步骤(1)~步骤(3),原位测试出每个条件对应的动态应力变化值;改变薄膜的厚度、质量、粗糙度,重复步骤(1)~步骤(3),原位测试并输出薄膜生长过程的动态应力变化值。
8.如权利要求6所述的一种原位应力测试方法,其特征在于:还包含测试整个样品的应力分布图的步骤,该步骤通过步进导轨控制激光器在反应室顶盖进行横向移动,结合反应室底部的生长载片台的旋转马达转动可沉积薄膜的样品,每移动一步重复步骤(1)~步骤(3),测出每个步进点对应一圈的应力,汇集每一圈的应力数值,则可以测试每个样品的整片样品的应力分布图Mapping,并可进一步测试变温、变压、变磁场及薄膜生长过程的原位动态的应力分布图。