【摘 要】
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本文首先通过磁控溅射法在硅基体上制备了不同膜厚的Cu/Ni多层膜,对其进行不同工艺的热处理,采用TEM、STEM、XPS、纳米压痕等实验手段研究了多层膜中晶界、相界的演化规律和
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本文首先通过磁控溅射法在硅基体上制备了不同膜厚的Cu/Ni多层膜,对其进行不同工艺的热处理,采用TEM、STEM、XPS、纳米压痕等实验手段研究了多层膜中晶界、相界的演化规律和成分梯度的扩散变化,以及多层膜的硬度的变化。随后对扩散过程进行了模拟分析,研究了Cu/Ni多层膜扩散过程中Cu、Ni自扩散系数差异,空位源,以及共格应力对互扩散过程的影响。实验结果表明,多膜层内所有晶粒择优柱状生长。单层膜厚越小,则晶粒越小,界面结构排列越规则。单层膜厚10 nm的多层膜中晶粒排布规则,形成四叉点。但四叉点的运动违背了经典界面能守恒定则,即∑γ= 0。不同膜厚Cu/Ni多层膜纳米硬度值表明:随着退火温度的上升,退火时间的增长,硬度值逐渐下降,这与多层膜界面的最大浓度梯度密切相关:浓度梯度越大,硬度越高。模型首次考虑了多层膜中共格应力对互扩散系数值的影响。Cu/Ni多层膜中,Cu层处于压应力,空位浓度降低,扩散受到抑制;而Ni层处于拉应力,空位浓度升高,扩散受到促进。研究结果表明,在Darken模型和Nernst-Plank模型中,共格应力在整体上都加速了均匀化的进程。
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