2016大创结题PPT陈煜.pptVIP

钯-硅薄膜表面偏析的研究Surface segregation in Pd-Si thin film 项目成员：陈煜 邹永恒 杨士栋 黄立豪 指导老师：王江涌教授 报告人：陈煜 1 应用价值 研究背景 项目内容 研究成果 目录 2 研究背景 Pd-Si薄膜 Pd-Si薄膜：金属硅薄膜： 在半导体器件领域的广泛应用（欧姆接触、肖特基接触、互连线等） 在加工工艺中具有兼容性和制造简易性等优势 目前Pd-Si薄膜研究的主要方向：Pd-Si界面的化学键和反应、Pd-Si系统的相变等 Pd-Si薄膜表面偏析研究的意义： 更好的应用Pd-Si薄膜材料 薄膜材料的性能主要由材料成分、显微组织、相结构和界面状态所决定，而这些均与表面处理技术和工艺有关。因此，分析薄膜材料的上述因素与其性能、处理工艺之间的关系，是提高工艺水平、保证薄膜质量的重要途径。 Pd-Si薄膜 3 项目内容——理论理解及应用 修正的Darken模型 考虑薄膜尺寸效应约束条件 主要对Pd-Si薄膜系统的平衡态和动态表面偏析进行了模拟计算 4 项目内容——理论理解及应用 5 项目内容——修正的Darken模型 假设： 1.系统为封闭体系 2.表面区域有限而体相无限 3.原子可以在表相和体相之 间互相交换，以达到体系 能量最小 6 项目内容——修正的Darken模型 耦合的速率方程组： 7 项目内容——修正的Darken模型 Bragg-Williams表达式： 8 项目内容——修正的Darken模型 修正的Darken模型在薄膜中的应用： 体块 薄膜 N有限，当体层的原子偏析到表层后，体层原子浓度会发生显著变化，考虑薄膜尺寸效应的约束条件 K=2/l 9 项目内容——偏析参数的获取 G 10 项目内容——偏析参数的获取 Ω 11 研究成果——论文发表 12 陈煜，黄立豪，杨士栋，邹永恒，姜国利，王江涌，钯-硅(Pd-Si)薄膜表面偏析研究，材料科学（MS），第6卷第6期（ 2016年11月） 研究成果——项目总结 13 1）得到lPd-Si合金系统的偏析参数计算值； 2）对于Pd-Si合金系统，都是Si发生表面偏析； 3）Pd-Si合金系统的负强相互作用系数抑制了Si原子的偏析，Si的偏析程度很小，表面偏析现象不明显； 4）不管在体块还是薄膜材料中， Pd-Si合金系统对于同一相互作用系数，Si平衡的表面浓度随温度变化很小；在薄膜材料中，当薄膜厚度小于一定值时，Si的表面浓度不随温度的变化而变化； 5）尺寸效应对Pd-Si薄膜合金系统表面偏析影响较小，基本忽略不计； 6）在动态偏析过程中Pd-Si合金薄膜达到平衡态所需时间极其短，为10-3s；动态计算的Si表面偏析浓度最终结果与平衡态结果相符。 研究成果——解释1. 14 结论：分别由Miedema模型半经验公式和相图计算得到的Pd-Si系统各成分的相互作用系数Ω值相差较大，但其符号一致，且其各成分间Ω值得变化趋势相同，所以可以用其进行定性判断。 研究成果——解释2. 15 合金薄膜系统分别在无相互作用和有强相互作用情况下Si平衡的表面浓度与薄膜厚度的关系 结论：较大的负相互作用系数抑制了Si原子的偏析 研究成果——解释3. 16 Ω= -445KJ/mol时，Pd2Si合金薄膜系统，在不同温度下，Si平衡的表面浓度与薄膜厚度的关系 平衡态的模拟结果： 垂直线标记为极限厚度 结论：当薄膜厚度大于极限厚度时，尺寸效应对薄膜的偏析影响小；当薄膜厚度小于极限厚度时，尺寸效应对薄膜的偏析影响大 研究成果——解释4. 17 在温度T=1200K，Pd-Si合金在不同初始体浓度下Si平衡的表面浓度与薄膜厚度的关系 标志垂直线为极限厚度 平衡态的模拟结果： 结论：对于Pd-Si薄膜系统，各成分的极限厚度都小于2nm，这意味着尺寸效应对其表面偏析的影响甚小 研究成果——解释5. 18 在700K 下，Pd2Si 合金在膜厚为3nm时Si的表面浓度和时间的函数 动态的模拟结果： 结论：动态偏析过程中，Pd-Si合金薄膜达到平衡态所需时间极其短，为10-3s；动态计算的Si表面偏析浓度最终结果与平衡态结果相符 应用价值 19 薄膜材料的应用种类： 超导薄膜、导电薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜······ 潜在应用： 化学分离、化学传感器、人工细胞、人工脏器、水处理······ 应用价值 20 在电子工业领域，电子元器件日益微型化和薄膜化，这就使得各种材料形成大量的表面和界面、由此产生的各种现象如腐蚀、互扩散、偏析等，都会对材料的组成结构产生重大影响，从而改变元器件特性。 在材料科学领