Cu-(Ti,Cr,Zr)-N薄膜的制備與表征.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、銅具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好,加工性能優(yōu)良,耐蝕性良好,抗電遷移能力好,熔點(diǎn)高等優(yōu)良特性,所以銅在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是,硬度低、耐磨性差、易氧化等問題制約著銅的進(jìn)一步應(yīng)用,因此Cu的表面強(qiáng)化問題亟待解決。表面強(qiáng)化的方法既能提高銅的表面強(qiáng)度,又能保持基體的優(yōu)良性能,而由于銅氮化合物的熱分解溫度較低(100~470℃),因此通常的滲氮溫度下(480~550℃)不能生成穩(wěn)定的銅氮化合物,所以無法實(shí)現(xiàn)直接對銅的表面滲氮。本文探索一種合金化的方法制備含

2、氮銅膜,期望提高Cu的硬度和N在Cu合金中的穩(wěn)定性,最終將其用在銅的表面,實(shí)現(xiàn)銅的表面強(qiáng)化。
  本文選擇了Ti、Cr、Zr三種合金元素,它們都是比較容易氮化的元素,并且其氮化物都是硬質(zhì)相。用磁控濺射的方法在單晶Si(100)基體上分別制備了Cu(Ti,N)、Cu(Cr,N)、Cu(Zr,N)三個(gè)系統(tǒng)的銅合金薄膜以及作為參比樣品的Cu、Cu(N)薄膜,然后進(jìn)行了不同溫度的真空退火處理,并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析。
  研究表

3、明,磁控濺射法可制備含氮銅合金薄膜。在Cu(Ti,N)系統(tǒng)薄膜中,Ti含量越大能夠在Cu中固定住的N就越多,而Ti、N含量高的CU81.2Ti9.9N8.9薄膜的電阻率(~660μΩ·cm)比Cu88.5Ti4.3N7.2的電阻率(~123μΩ·cm)要高得多,Cu81.2Ti9.9N8.9薄膜的硬度(~5.2GPa)卻只比Cu88.5Ti4.3N7.2的硬度(~5.2GPa)略高一點(diǎn),由此可見,薄膜中并不是Ti、N含量越高性能越好,因

4、此應(yīng)該合理控制薄膜中的Ti、N含量。
  三個(gè)系統(tǒng)的含氮銅合金薄膜的硬度相比于純銅薄膜(3.5GPa)都有很大程度的提高,其中Cu57.3Cr22.1N20.6薄膜的硬度最高,達(dá)到了6.5GPa,即使在400℃/1h退火后薄膜的硬度依然高達(dá)6.3GPa,因此用合金元素將N帶入Cu中可以起到顯著提高薄膜硬度的目的;相同條件下制備的三個(gè)薄膜體系中,Cu(Cr,N)薄膜中的合金元素和N含量最多,說明Cr的氮化物更容易生成,而其電阻率相比

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