薄膜中表面偏析的研究.pdf

1、近幾十年來，先進(jìn)的納米薄膜材料被廣泛地應(yīng)用于微電子器件和太陽能電池等領(lǐng)域。在納米薄膜材料中，由于表面成分和結(jié)構(gòu)的變化直接影響著薄膜材料的性能，因此，研究薄膜材料中的表面偏析對于更好地應(yīng)用薄膜材料有著重要的意義。
　　本文基于熱力學(xué)方法，首先利用Miedema模型、相圖計算的熱力學(xué)參數(shù)和實驗數(shù)據(jù)擬合等三種方法，分別計算了二元合金系統(tǒng)的偏析能和相互作用系數(shù)，并與實驗值進(jìn)行了比較。然后利用修正的Darken模型，結(jié)合薄膜體系的約束條件，

2、對Ni-Cu和Cu-Sn二元合金系統(tǒng)的體塊和薄膜中平衡態(tài)及動態(tài)的偏析進(jìn)行了模擬計算，得到了如下結(jié)果：
　　(1)對Ni(111)Cu和Ni(100)Cu薄膜合金系統(tǒng)：
　　(a)Ni(111)Cu和Ni(100)Cu體塊和薄膜合金系統(tǒng)都是Cu往Ni-Cu表面偏析，和實驗結(jié)果一致；
　　(b)隨著初始的體濃度和/或者偏析能的減小，尺寸效應(yīng)對平衡態(tài)的表面偏析的影響顯著；
　　(c)在某個特定溫度下，尺寸效應(yīng)對平衡態(tài)表

3、面偏析的影響顯著；
　　(d)Ni(111)Cu和Ni(100)Cu薄膜合金系統(tǒng)的動態(tài)表面偏析中，隨著二元合金薄膜厚度的減小，達(dá)到表面偏析平衡態(tài)時所需時間減??；
　　(e)修正后的Darken模型在引入約束條件下可以定量地描述薄膜中的二元合金薄膜的平衡態(tài)和動態(tài)的偏析。
　　(2)對Cu-Sn薄膜合金系統(tǒng)，除了得到與Ni-Cu薄膜系統(tǒng)相似的結(jié)果外，由于有較大負(fù)的相互作用系數(shù)還得到如下結(jié)果：
　　(a)Cu-Sn體塊

4、和薄膜合金系統(tǒng)都是Sn往表面偏析，和實驗結(jié)果一致；
　　(b)較大的負(fù)相互作用系數(shù)抑制了Sn原子的偏析，體塊與薄膜材料中偏析量相差較小，膜厚對偏析的影響較小；
　　(c)在平衡態(tài)表面偏析中，當(dāng)薄膜厚度小于一定值時，Sn的表面濃度不隨溫度的變化而變化；
　　(d)Cu-Sn合金薄膜系統(tǒng)的動態(tài)表面偏析中，不同濃度的合金系統(tǒng)都隨著薄膜厚度的減小，達(dá)到平衡時所需時間也減小；相同膜厚不同濃度的合金系統(tǒng)，隨著體濃度的增大達(dá)到平衡時