磁控溅射沉积Cu-Nb薄膜的特征及热退火的影响

来源期刊：稀有金属2011年第1期

论文作者：郭中正 孙勇 段永华 周铖 彭明军

文章页码：59 - 65

关键词：Cu-Nb合金薄膜;纳米晶结构;热退火;显微硬度;电阻率;

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、结构和性能进行了研究。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Cu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。