溅射沉积CuW纳米多层膜结构与性能-西北有色金属研究院.PDFVIP

第43 卷 第4 期 稀有金属材料与工程 Vol.43, No.4 2014 年 4 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING April 2014 溅射沉积Cu/W 纳米多层膜结构与性能 郭中正，孙 勇，段永华，彭明军，吴大平，朱雪婷 ( 昆明理工大学 稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室，云南 昆明 650093) 摘 要：以单晶硅和聚酰亚胺为衬底，用磁控溅射沉积调制周期λ=25~ 150 nm、调制比η=0.5~2 的Cu/W 纳米多层膜， 用 XRD 、SEM、EDS 、AFM 、微力测试系统、纳米压痕仪和四探针法对多层膜微观结构、表面形貌和力学及电学性能 进行研究。结果表明：λ 和 η 显著影响多层膜结构和性能。多层膜 Cu 层和 W 层均为纳米晶结构，分别呈 Cu(111)和 W(110)择优取向。W(110) 晶面间距减小且减幅与 1/λ 或η 值呈正相关，Cu/W 层间界面处存在扩散混合层。表面 Cu 层 晶粒尺寸随Cu 层厚增加而增大。裂纹萌生临界应变ε 总体上随λ 增大或η减小而下降，屈服强度σ 、显微硬度H 和 c 0.2 电阻率ρ 总体上均与λ 或η呈负相关。因Cu 层和W 层厚度随λ 或η 的变化而改变，相应地改变了Cu 层晶粒度及其晶 界密度、W 层体积分数和Cu/W 层间界面数量，使位错运动能力及电子散射效应变化，最终改变 Cu/W 纳米多层膜性能。 关键词：Cu/W 纳米多层膜；调制周期；调制比；屈服强度；电阻率 + 中图法分类号：TB43 ；TG146.4 11 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2014)04-0906-05 纳米金属多层膜是由两种或多种金属相互交叠构 膜，位错滑移在界面处呈非连续态并借助位错核扩展 成的人工材料，因单层厚仅纳米级，常具有特殊微结 而被俘获，界面原子结构决定位错阻力和界面剪切强 [15] 构，力学、电学、光学、磁学等综合性能优良，在微 度，最终影响多层膜整体力学性能 。这些研究均有 [1] 电子和微机械领域得到广泛应用 ，如电子封装、磁 重要意义，然而目前对 Cu/W 多层膜调制参数对结构 [2,3] 记录、高强及硬质耐磨膜层等 。铜的导电导热性强、 和性能影响的研究仍少见报道，本工作用磁控溅射沉 塑性良好，而钨硬度和熔点高、耐蚀性好、热胀系数 积 Cu/W 纳米多层膜，探讨调制周期和调制比对其结 近于硅，且铜钨为难混溶体系，因此与许多铜与过渡 构及性能的影响规律。 族元素构成的薄膜相似，Cu-W 复合膜及多层膜亦因 [4,5] 1 实 验 有特殊性能且可调控而深受关注 。研究表明，用半 导体工艺和气相沉积制备的 Cu/W 层状膜可作 MOS Cu/W 多层膜以 FJL520 型高真空磁控溅射仪制 二极管，溅射沉积W 层的效果优于LPCVD[6