氮化铜薄膜及其钨掺杂的结构与性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maradonaargentina
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氮化铜薄膜在光存储材料、电子元器件以及高速集成电路等不同领域具有潜在的应用价值,其特殊的结构、热学、电学、光学性能日益受到人们的重视。本文采用中频磁控溅射方法,以高纯铜靶和钨含量为20w.t%的铜钨合金靶为靶材、氩气和氮气为溅射气体,制备了氮化铜和W掺杂氮化铜薄膜,并对薄膜进行了真空退火。通过XRD、XPS、AFM、台阶仪等表征方法研究了偏压和氮气比例对薄膜表面形貌、微观结构、膜基结合强度、耐腐蚀性能等的影响规律,并研究了不同温度下的真空退火对Cu3N薄膜及CuWxNy薄膜热稳定性的影响规律,实验结果表明:(1)Cu3N薄膜主要沿(100)晶向择优生长,XPS的检测结果与XRD结果相对应。随着沉积薄膜过程中脉冲偏压的负向增大,Cu3N薄膜的沉积速率整体上呈上升趋势;表面趋于致密光滑,粗糙度降低;硬度逐渐增大;电阻率呈下降趋势。Cu3N薄膜与T2紫铜基体的膜基结合强度要高于Al合金基体和锌基合金基体,且薄膜与T2紫铜基体的膜基结合强度随脉冲偏压的负向增大而逐渐增强。在T2紫铜基体上制备的Cu3N薄膜要比A1合金基体和锌基合金基体上制备的薄膜更耐腐蚀;Cu3N薄膜沉积时间越长,耐腐蚀性越强;随偏压的负向增大,薄膜的耐腐蚀性先增强后减弱。对Cu3N薄膜在不同温度下退火处理后,XRD谱线显示薄膜随着退火温度的升高薄膜结晶程度越来越高,当退火温度达到600℃时,薄膜才开始分解,这点可以说明本实验制备的Cu3N薄膜的热稳定性要好于其他研究者的研究成果。(2)XPS结果表明CuWxNy薄膜中氮含量远少于Cu3N薄膜,随着氮气比例的不断增大,(CuWxNy薄膜的沉积速率先增大后减小,而且薄膜整体沉积速率不高;低氮气比例的薄膜表面形貌更加均匀平整;随氮气比例的增大,CuWxNy薄膜与T2紫铜基体的膜基结合强度整体上呈上升趋势。通过X射线衍射分析,不同氮气比例条件下制备的CuWxNy薄膜均为非晶结构。对薄膜进行不同温度的退火处理,发现薄膜仍然为稳定的非晶结构;但是当退火温度升高到600℃时,薄膜开始分解并析出铜,且未发现钨。
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