本文關(guān)鍵詞：W基W-Cu薄膜組織結(jié)構(gòu)演變及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：W-Cu薄膜是典型的互不固溶的難混溶體系合金薄膜,具有高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性和高強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn),在電子封裝及擴(kuò)散阻擋層等方面有廣闊的應(yīng)用前景。因此,研究W-Cu薄膜的組織結(jié)構(gòu)特征及其演變規(guī)律,并探討其對(duì)性能的影響具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。本文通過(guò)XRD、TEM等方法對(duì)W含量為75at.%的W-Cu薄膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,研究了雙靶磁控濺射共沉積技術(shù)中不同襯底溫度及沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響；并采用納米壓痕儀等對(duì)薄膜的力學(xué)性能等進(jìn)行了測(cè)試。主要研究結(jié)果如下：沉積初期,W-Cu薄膜處于亞穩(wěn)態(tài),且在相同襯底溫度下沉積速率約為1.0nm/s時(shí),隨沉積時(shí)間由10秒增加到30秒,薄膜微觀結(jié)構(gòu)由最初的非晶態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。當(dāng)襯底溫度低于150℃時(shí),Cu在W中的固溶度隨沉積時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加,但當(dāng)襯底溫度為400℃時(shí),Cu的固溶度隨時(shí)間增加反而下降；當(dāng)沉積時(shí)間相同時(shí),W-Cu薄膜隨襯底溫度升高逐漸由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài),Cu在W中的固溶度隨襯底溫度升高到150℃逐漸增加,到達(dá)400℃后固溶度反而減小。采用磁控濺射技術(shù)濺射出來(lái)的靶材原子能量足以在到達(dá)襯底前進(jìn)行原子級(jí)混合,使沉積的W-Cu薄膜成分分布均勻,首先形成能量較低的非晶態(tài),隨沉積時(shí)間延長(zhǎng)及襯底溫度升高,沉積原子能量因碰撞和溫升逐漸增大,足以克服Cu、W原子固溶的能量勢(shì)壘,因此薄膜逐漸晶化,并形成亞穩(wěn)態(tài)固溶體；通過(guò)阿倫尼烏斯方程和擴(kuò)散程公式計(jì)算,在沉積初期當(dāng)溫度低于150℃時(shí),W原子擴(kuò)散距離小于10-nm,處于“冷凍”狀態(tài),Cu原子擴(kuò)散距離隨沉積時(shí)間及襯底溫度增加而增大,且均大于10-1nm,固溶度隨之增加。隨著溫度進(jìn)一步增加到400℃,W原子被“激活”,減小了對(duì)Cu的束縛,從而使固溶于W中的Cu原子有團(tuán)聚的趨勢(shì),導(dǎo)致固溶度下降。分析薄膜電學(xué)性能發(fā)現(xiàn),隨沉積時(shí)間和溫度增加,薄膜致密度及平整度逐漸提高,電阻不均勻度減��；同時(shí),薄膜逐漸從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài),薄膜有序度升高,故導(dǎo)致電阻率降低。分析相同沉積時(shí)間、不同襯底溫度下的W-Cu薄膜的力學(xué)性能發(fā)現(xiàn),薄膜隨襯底溫度升高致密度及平整度逐漸提高,故粘接強(qiáng)度、硬度及彈性模量逐漸增加；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)晶粒不均勻長(zhǎng)大,且缺陷減少,故硬度和彈性模量下降,且各點(diǎn)差異較大；同時(shí),溫度過(guò)高襯底與薄膜熱膨脹系數(shù)差異增加導(dǎo)致應(yīng)力較大,故薄膜粘接性能下降；薄膜力學(xué)性能隨溫度變化幅度不顯著,薄膜熱穩(wěn)定性較好。
【關(guān)鍵詞】：W-Cu薄膜 磁控濺射 沉積初期 微觀結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.411;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-22
• 1.1 W-Cu薄膜非平衡相圖13-15
• 1.2 W-Cu薄膜的非平衡制備方法與組織結(jié)構(gòu)15-17
• 1.3 W-Cu薄膜亞穩(wěn)態(tài)固溶體形成過(guò)程與機(jī)制17-19
• 1.4 W-Cu薄膜的性能與應(yīng)用19-21
• 1.4.1 W-Cu薄膜的性能19-20
• 1.4.2 W-Cu薄膜的應(yīng)用20-21
• 1.5 本課題研究背景及研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法22-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22
• 2.1.1 薄膜沉積設(shè)備22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料22-23
• 2.2.1 靶材22
• 2.2.2 襯底的選擇及預(yù)處理22-23
• 2.3 W-Cu薄膜的制備23-24
• 2.3.1 制備方法的選擇23
• 2.3.2 薄膜的制備工藝23-24
• 2.4 W-Cu薄膜的組織結(jié)構(gòu)表征24-25
• 2.4.1 X射線衍射分析24
• 2.4.2 W-Cu薄膜成分及形貌分析24
• 2.4.3 W-Cu薄膜組織結(jié)構(gòu)分析24-25
• 2.5 W-Cu薄膜的性能測(cè)試25-29
• 2.5.1 W-Cu薄膜電阻率的測(cè)定25
• 2.5.2 W-Cu薄膜的粘接強(qiáng)度測(cè)試25-26
• 2.5.3 W-Cu薄膜的硬度及彈性模量的測(cè)量26-29
• 第3章 W-Cu薄膜組織結(jié)構(gòu)演變分析29-56
• 3.1 引言29
• 3.2 W-Cu薄膜成分29-30
• 3.3 短時(shí)沉積超薄W-Cu薄膜表面與截面形貌分析30-33
• 3.4 沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜組織結(jié)構(gòu)的影響33-49
• 3.4.1 水冷條件下沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響33-37
• 3.4.2 自加熱條件下沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響37-39
• 3.4.3 150℃時(shí)不同沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響39-45
• 3.4.4 400℃時(shí)不同沉積時(shí)間對(duì)W-Cu薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響45-49
• 3.5 W-Cu薄膜結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與機(jī)理分析49-55
• 3.6 小結(jié)55-56
• 第4章 W-Cu薄膜性能研究56-66
• 4.1 樣品制備及組織結(jié)構(gòu)分析56-57
• 4.2 W-Cu薄膜電學(xué)性能的研究57-58
• 4.3 W-Cu薄膜的硬度及彈性模量測(cè)試58-62
• 4.4 W-Cu薄膜的粘接性能研究62-65
• 4.4.1 動(dòng)態(tài)載荷下W-Cu薄膜粘接強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果62-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄75

  本文關(guān)鍵詞：W基W-Cu薄膜組織結(jié)構(gòu)演變及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：273744