磁控溅射Cu-Nb和Cu-Mo薄膜结构与性能

采用磁控溅射制备含1.16%～15.8%(原子分数)Nb的Cu-Nb及含2.2%～27.8%Mo的Cu-Mo合金薄膜,井采用EDX、XRD、SEM、显微硬度仪和电阻计对薄膜的成分、结构和性能进行研究。结果表明,Nb和Mo的添加分别使Cu-Nb及Cu-Mo薄膜晶粒显著细化,Cu-Nb和Cu-Mo薄膜呈纳米晶结构,存在Nb在Cu中的fcc Cu(Nb)和Mo在Cu中的fcc Cu(Mo)非平衡亚稳过饱和固溶体,固溶度随Nb或Mo含量增加而上升。添加Nb和Mo显著提高Cu-Nb及Cu-Mo薄膜的显微硬度和电阻率,且随Nb或Mo含量增加而升高。经650℃热处理1h后,Cu-Nb和Cu-Mo薄膜显微硬度和电阻率均下降,且分析表明均发生基体相晶粒长大,并出现微米-亚微米级富Cu第二相,Cu-Nb及Cu-Mo薄膜结构和性能形成及演变的主要原因是添加的Nb、Mo引起的晶粒细化效应以及退火中基体相晶粒度的增大。

磁控溅射沉积Cu-Nb薄膜的特征及热退火的影响

用磁控共溅射法制备含铌1.16%～27.04%(原子分数)的Cu-Nb合金薄膜,运用EDX,XRD,SEM,TEM,显微硬度仪和电阻仪对沉积态和热退火态薄膜的成分、结构和性能进行了研究。结果表明,Nb添加显著影响Cu-Nb合金薄膜微结构,使Cu-Nb薄膜晶粒细化,含铌1.82%～15.75%的Cu-Nb膜呈纳米晶结构,存在Nb在Cu中的fcc Cu(Nb)非平衡亚稳过饱和固溶体,固溶度随薄膜Nb浓度增加而上升,最大值为8.33%Nb。随Nb含量增加,薄膜中微晶体尺寸减小,Cu-27.04%Nb膜微结构演变至非晶态。与纯Cu膜对比表明,Nb添加显著提高沉积态Cu-Nb薄膜显微硬度和电阻率,总体上二者随膜Nb含量上升而增高。Nb含量高于4.05%时显微硬度增幅趋缓,非晶Cu-Nb膜硬度低于晶态膜,电阻率则随铌含量上升而持续增加。经200,400及650℃退火1h后,Cu-Nb膜显微硬度降低、电阻率下降,降幅与退火温度呈正相关。XRD和SEM显示,650℃退火后晶态Cu-Nb膜基体相发生晶粒长大,并出现亚微米级富Cu第二相,非晶Cu-27.04%Nb膜则观察到晶化转变和随后的晶粒生长。Nb添加引起晶粒细化效应以及退火中基体相晶粒度增大是Cu-Nb薄膜微观结构和性能形成及演变的主要原因。