2016大创结题PPT陈煜.pptx

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1、钯-硅薄膜表面偏析的研究SurfacesegregationinPd-Sithinfilm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，

2、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——理论理解及应用偏析参数的获取Miedema模型：建立在基本热力学参量和大量热力学实验参数基础上的半经验理论模型相图CALPHAD：相图和热力学计算的结合假设Pd-Si薄膜系统的偏析参数与体块的偏析参数相同5项目内容——修正的Darken模型假设：1.系统为封闭体

3、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/l9项目内容——偏析参数的获取G10项目内容——偏析参数的获取Ω11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

4、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131）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

5、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3.16Ω=-445KJ/mol时，Pd2Si合金薄膜系统，在不同温度下，Si平衡的表面

6、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-

7、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。在材料科学领域，金属材料的表面和

8、界面经常发生吸附、化学反应、偏析和扩散等物理化学过程，使表面或界面的元素组成和物相分布等都明显不同于体相，容