第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

182 / 2020-09-20 12:55:25

Cu-Nb非混溶系纳米晶薄膜的微观结构及性能研究

磁控溅射；纳米晶薄膜；薄膜热稳定性

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摘要：目的 提高纳米晶薄膜的热稳定性，研究Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。方法 使用非平衡磁控溅射离子镀技术在单晶Si基体和玻璃基体上制备不同Nb含量的Cu-Nb纳米晶薄膜。将样品置于卧式真空退火炉中进行退火，用配备了能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和四探针电阻率测试仪等分析退火前后薄膜的微观结构、力学性能与电学性能。结果 制备的Cu-Nb薄膜表面由致密的纳米晶组成，表面粗糙度最高仅为Ra8.54nm，且无明显的孔洞和裂纹等缺陷。随着Nb含量的增加，薄膜的平均晶粒尺寸下降5nm，薄膜的硬度也因细晶强化而有所增加，在靶电流为1.3A达到最大值4.6GPa。退火态样品在硬度，弹性模量，平均晶粒尺寸和表面粗糙度方面与沉积态薄膜相比有较小的变化，Cu-Nb薄膜表现出优良的热稳定性。结论 Nb的加入可有效细化晶粒，达到细晶强化的效果，同时Cu-Nb不互溶的特性使得纳米晶薄膜在高温下也可保持较好的热稳定性。Nb靶溅射电流为0.5A时薄膜综合性能最佳，此时Cu-Nb薄膜的电阻率最低为3.165×10-7Ω/m，硬度和弹性模量高达4.6GPa和139.5GPa，薄膜厚度1050nm，粗糙度为Ra4.70nm。



备注：展板报告