多层薄膜材料界面能的测定与分析

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1、华中科技大学硕士学位论文一一——；—=———；———；——；—=；—————2摘要本文使用射频磁控溅射的方法毒4备了A彰Fe、Ag／Co、AVCu、Cu]Fe、AI／TiAI等几组多层薄膜材料，依据基片曲率法的原理研制了一套薄膜应力的测量系统，并用它实时测量了多层膜试样在退火过程中的应力变化。采用SEM、TEM、XRD等技术对退火后的试样进行了微观分析，根据双向零蠕变法的原理计算了多层膜的层间界面能。在界面能的计算中，引入了修正系数西，并排除了表面能的影响。多层膜的退火实验表明，在升温过程中，薄膜先是不断消除沉积过程引起的热应力，释

2、放弹性能，超过一定的温度后薄膜开始发生塑性形变，内应力得到进一步的松弛，在此过程中蠕变也开始发生并不断加速；在保温过程中，蠕变速率逐渐下降，当蠕变速率为零时薄膜应力接近于零；而在降温过程中，薄膜的塑性形变逐渐减弱，弹性能则逐渐恢复，薄膜应力不断增加。退火结束后薄膜应力高于退火之前的应力值。微观分析表明Ag／Cu和Cu／Fe多层膜在退火过程中层结构崩塌，由于层间界面被破坏，无法测量它们的界面能。gg／Ve多层膜退火过程中伴随有再结晶和晶粒长大等过程，退火之后层间界面保持完好，Ag／Co和AFTiAI多层膜也具有类似的特点。在零蠕变状态

3、下，多层膜的二维应力所做的功与层界能作用达到平衡，经过计算，550。C时Ag(111)／Fe(110)界面能为O．97士O．13J／m2，450。C时Ag(111)／Co(111)界面能为1．02士0．17J／mz，500。C时AI(111)FI'iAI(111)界面能为O．34J／m2。关键词：界面能多层膜应力基片曲率法双向零蠕变退火磁控溅射华中科技大学硕士学位论文AbstractAg／Fe，A∥co，Ag／Cu，Cu／FeandAI／TiAlmultilayerthinfilmswerepreparedbyradiofreque

4、ncymagnetronsputteringmethod．Stressinthesemultilayerthinfilmsduringannealingweremeasuredbyaselfidesignedsystembasedonsubstratecurvaturetechnique．MicroscopicanalysistechiquessuchasSEM，TEMandXRDwereperformedontheannealedsamples．Basedontheprincipleofbiaxialzerocreepmethod

5、，interfaceenergybetweenbilayersofthefilmswascalculatedwiththeconsiderationofsurfaceenergyandtheintroductionofthecorrectedtoefficient．ItisrevealedthatthermalstresscausedbydepositioniseliminatedandelasticenergyiSreleasedwhenthetemperaturearisesduringannealing．Whenthetemp

6、eratureexceedsacertainvalue，plasticdeformationoccursinthefilmsandstressisalsorelaxed．Creepbeginsandspeedsupinthisprocedure，yetslowsdownduringtheholdingperiod．Stressinthefilmsapproachestozeroasthecreepratedropstozeroandremainsconstantultimatelyafterthis．Plasticdeformati

7、ongraduallyweakens，elasticenergyrestoresandstressincreasesduringcooling．Valueofthestressintheannealedsampleisobviouslyhi曲erthantheas—depositedone．MicroscopicanalysisindicatesthatthelayersoftheAg／CuandCu／Femultiplayerthinfilmshavebeenbrokendownafterannealing，whichisprob

8、ablycausedbyformationoflimitedsolidsolution．RecrystallizationandgraingrowthoccursintheannealingprocessofAg／Femultipla