磁控溅射沉积Cu-Nb薄膜的特征及热退火的影响

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【文章名称】：磁控溅射沉积Cu-Nb薄膜的特征及热退火的影响
【发表期刊】：《稀有金属》  2011年1期
【作者】：昆明理工大学云南省新材料制备与加工重点实验室  郭中正, 孙勇, 段永华, 周铖, 彭明军
【摘要】：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C u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。
【关键词】：Cu-Nb合金薄膜; 纳米晶结构; 热退火; 显微硬度; 电阻率