AlCrTaTiZrV高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备及其热稳定性

为研究氮气含量的变化对AlCrTaTiZrV高熵合金薄膜性能的影响,检验在最佳氮气含量下厚度为15 nm的(AlCrTaTiZrV)N扩散阻挡层的热稳定性.采用直流磁控溅射设备在N型Si(111)基底上溅射不同氮气含量的高熵合金氮化物;选取最佳氮气含量为制备条件,在硅基底上沉积15 nm厚的AlCrTaTiZrVN10...     

AlCrTaTiZrMo高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备与表征

目的 制备15 nm的(AlCrTaTiZrMo)N六元高熵合金氮化物薄膜,并对其扩散阻挡性能进行表征。方法 使用直流磁控溅射设备在单晶硅上沉积(AlCrTaTiZrMo)N高熵合金氮化物薄膜,然后在薄膜上沉积150 nm的Cu,形成Cu/(AlCrTaTiZrMo)N/Si结构。在600 ℃下,对该结构进行不同时间的退火处理,使用X射线衍射仪（XRD）、四探针测试仪（FPP）、原子力显微镜（AFM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）研究薄膜成分及退火时间对薄膜组织结构、表面形貌、方块电阻的影响,研究其扩散阻挡性。结果 高熵合金氮化物薄膜与基体Si和Cu的结合性较好。沉积态高熵合金氮化物薄膜为非晶结构,表面光滑平整,方块电阻阻值较低。在600 ℃下经1 h退火后,薄膜仍为非晶结构,表面发生粗化。随着退火时间增加,5 h退火后,结构中出现少量纳米晶,大部分仍为非晶,表面粗糙度增加。退火7 h后,结构没有发生变化,仍为非晶包裹纳米晶结构,Cu表面生成部分岛状物,方块电阻阻值仍然较低,且无Cu-Si化合物生成,证明(AlCrTaTiZrMo)N高熵合金氮化物薄膜在长时间退火处理后,仍能保持良好的铜扩散阻挡性。结论 15 nm的(AlCrTaTiZrMo)N高熵合金氮化物薄膜在600 ℃下退火7 h后,其非晶包裹纳米晶的结构能有效阻挡Cu的扩散,表现出了优异的热稳定性与扩散阻挡性。     

VNbMoTaWCo高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备及其热稳定性

利用直流磁控溅射镀膜机设置不同氮气流量参数,制备VNbMoTaWCoN_x薄膜,氮气流量为20%时,在洁净的硅基底上沉积厚度约为15 nm的VNbMoTaWCoN₂₀高熵合金氮化物薄膜,并在其上面再溅镀一层厚度约为50 nm的Cu膜,最终形成Cu/VNbMoTaWCoN₂₀/Si 三层复合结构。采用四点探针电阻测试仪(FPP)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(SEM)对三层复合结构500 ℃退火前后的方块电阻、物相结构、粗糙度以及表面形貌进行了分析表征,研究了VNbMoTaWCoN₂₀高熵合金氮化物薄膜作为扩散阻挡层的热稳定性。研究结果表明,当氮气流量占比为20%时,VNbMoTaWCo₂₀高熵合金氮化物薄膜为非晶态,且出现了微量纳米晶;此氮气流量占比下制备的薄膜表面平整光滑、致密度最佳、粗糙度数值最小。Cu/VNbMoTaWCoN₂₀/Si三层复合结构进行500 ℃退火8 h后,Cu膜的方块电阻仍然维持在较低的数值,即0.065 Ω/sq,虽然Cu膜发生团聚,但是并未检测到高阻态Cu-Si化合物。VNbMoTaWCoN₂₀高熵合金氮化物薄膜作为扩散阻挡层在500 ℃温度下退火8 h后,表现出了优异的热稳定性。     

不同氮气流量AlCrTaTiZr高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能研究

目的 提高铜互连扩散阻挡层的失效温度。方法 采用磁控溅射方法制备了不同氮气流量下的Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系,使用真空退火炉对Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系分别进行600、700、800、900 ℃的真空退火,并利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X 射线衍射仪（XRD）以及透射电子显微镜（TEM）等表征手段对薄膜的组织结构、三维形貌等进行表征。结果 不通入氮气时,高熵合金薄膜为非晶状态。随着氮气流量的增加,薄膜的结晶性越来越好,薄膜为FCC结构。随着氮气流量的增加,高熵合金薄膜表面粗糙度呈现下降的趋势,在氮气流量为20%时,高熵合金氮化物薄膜的致密性最好。Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系的扩散阻挡层结构主要为非晶包裹的纳米晶结构。薄膜在800 ℃退火后,没有Cu-Si化合物存在,薄膜方阻为0.0937Ω/□;在900 ℃退火后,Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系中Si基体部分出现不规则五边形状的大颗晶粒Cu-Si化合物。结论 AlCrTaTiZrNx高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能随着氮气流量的增加,呈现先增加后降低的趋势。在氮气流量为20%时,高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能最优,800 ℃高温退火后仍发挥阻挡作用。     

磁控溅射制备高熵合金薄膜研究进展∗

作为新兴合金材料,多主元高熵合金打破了传统合金中主要组成元素为一种或两种的合金设计理念,由至少五种主要元素构成,从而获得的高熵效应使其在性能上往往比传统合金具有更大的优势,如高硬度、高强度、抗高温氧化、耐腐蚀等。 近年来,高熵合金薄膜的性能及制备技术同样备受学术界和工业界的关注。 磁控溅射薄膜制备技术具有成膜温度低、膜层致密、结合力好等优点,已逐渐应用于高熵合金薄膜的制备及性能研究,具有非常大的工程应用前景。 介绍直流、射频、离子束及脉冲磁控溅射的特点及其在高熵合金薄膜中的应用,重点分析不同磁控溅射技术下制备的高熵合金薄膜的相结构特点和规律,并系统地阐述薄膜优异的各种性能,最后展望磁控溅射技术制备高熵合金薄膜发展的方向。     

不同基底温度FeNiCoCrMn高熵合金薄膜的制备及耐腐蚀性能的研究

用射频磁控溅射的方法分别在单晶Si(100)和304不锈钢基底上制备了FeNiCoCrMn高熵合金薄膜,利用EPMA、XRD、SEM和动电位极化测试,确定薄膜的成分并探讨不同基底温度下沉积的薄膜的相结构、膜厚、形貌以及耐腐蚀性能规律。研究表明:高熵合金薄膜的成分与高熵合金靶材的成分一致,组成元素接近等摩尔比,且薄膜成分均匀;基底温度为100、200、300℃沉积的薄膜为非晶结构,基底温度为400、500℃沉积的薄膜为晶体结构;随着基底温度的升高,薄膜的厚度变薄,薄膜表面颗粒越来越大,横截面柱状组织越来越明显;由动电位极化测试的结果得出不同衬底温度沉积的高熵合金薄膜在1mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性都优于304不锈钢,且随着衬底温度的升高,薄膜的耐腐蚀性能降低,其中100℃沉积的薄膜的耐腐蚀性能最优。     

高熵合金薄膜微观结构与摩擦学性能的研究综述

在机械系统运行中存在的摩擦磨损问题直接影响系统的工作效率、运行可靠性和使用寿命。如何降低摩擦磨损对机械系统运行的影响至关重要。通过特殊的表面处理工艺在关键工件表面沉积耐磨损、自润滑的薄膜在众多的减摩降损方法中效果突出。相较于传统薄膜,高熵合金薄膜具有独特的微观结构和优异的力学性能,在摩擦领域表现出极佳的发展潜力。概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展。首先介绍了高熵合金薄膜的基本概念和制备方法,论述了这些制备方法的原理、优缺点和适用领域。其中,通过磁控溅射法制备的高熵合金薄膜的表面光滑致密、成分均匀性好、膜基结合强度较高、组织结构可控,该方法已成为高熵合金薄膜最常用的制备方法。重点论述了采用磁控溅射法来调节元素组分、工艺参数、界面结构对高熵合金薄膜的微观结构和摩擦性能的影响,并从耐磨损性和减摩自润滑性等方面分析改善高熵合金薄膜摩擦学性能的关键因素。高熵合金薄膜具有硬质的组织结构、表面光滑致密、膜基结合牢固等特点,这是提升耐磨损性能的关键。通过复合自润滑相或氧化磨损诱导生成致密的润滑膜,可显著改善其减摩性能。总结了目前研究中存在的问题和不足,并就未来高熵合金薄膜在摩擦领域的研究方向进行了展望。     

CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层的Cu/304不锈钢扩散连接研究

将CoCrFeMnNi高熵合金作为中间层,采用真空固态扩散方法实现Cu/304不锈钢的连接,通过SEM、EDS以及显微硬度测试,研究温度对扩散反应机理及性能的影响,采用Fick第二定律计算Cu/Fe原子在高熵合金中的扩散系数,借助XRD以及高熵合金中固溶体相形成判据分析扩散界面的相组成。结果表明:在800～900℃下,高熵合金与Cu和304不锈钢分别实现了稳固连接,界面处发生了元素的互扩散,随着温度的升高,Cu/Fe在高熵合金中的平均扩散系数增加;Cu/CoCrFeMnNi高熵合金和CoCrFeMnNi高熵合金/304不锈钢扩散界面处均未形成脆性金属间化合物;扩散界面处硬度呈连续变化趋势。研究表明,CoCrFeMnNi高熵合金是一种可用于Cu/304不锈钢异种材料扩散连接的阻挡层材料。     

高熵合金涂层的研究进展

高熵合金涂层表现出比传统涂层更优良的综合性能,具有深入的研究价值。概述了近年来有关高熵合金涂层的研究进展,首先总结了高熵合金涂层的制备工艺(磁控溅射技术、热喷涂技术和激光熔覆技术等),分析了各制备工艺的优缺点,而后进一步分析研究者们如何通过元素、微观结构和制备工艺等方面优化高熵合金涂层性能。此外,就高熵合金涂层在工业上的应用前景和研究方向进行展望。     

铬含量对FeNiMnCuCr_x系高熵合金微观结构和电化学性能的影响

采用了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和电化学等方法,研究了铬含量对FeNiMnCuCr_x系高熵合金微观结构、显微组织和电化学性能的影响。结果表明:FeNiMnCuCr_x系高熵合金均为简单面心立方(FCC)固溶体结构,并且随着铬的添加,合金相结构由一套FCC相向两套FCC相转变,显微组织由柱状树枝晶向等轴树枝晶转变,并且合金的显微组织发生了一定程度的细化;随着铬的添加,FeNiMnCuCr_x系高熵合金的自腐蚀电流密度呈现先增加后降低的趋势;在x=1时,FeNiMnCuCr_x系高熵合金的自腐蚀电流密度最低,为7.8167×10~(-7) A/cm~2。     

Zr层插入对Ta-N扩散阻挡性能的影响

在不同的沉积温度下,用射频反应磁控溅射方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备Ta-N/Zr阻挡层,研究Zr层的插入对Ta-N扩散阻挡性能的影响.结果表明:不同沉积温度下制备的Ta-N均为非晶态结构;Zr层的插入使Ta-N阻挡层的失效温度至少提高100℃,在800℃仍能有效地阻止Cu的扩散.阻挡性能提高的主要原因是高温退火时形成低接触电阻的Zr-Si层.     

退火对激光熔覆 FeCoCrNiB 高熵合金涂层组织结构与硬度的影响

在Q235钢基材表面制备FeCoCrNiB高熵合金涂层,涂层致密,无裂纹和气孔,由条状M3B相和基体fcc相两相组成。分析了涂层具有这种相组成的原因。研究了高温退火对涂层组织结构及硬度的影响,结果表明:900℃或1000℃退火后,涂层中析出了颗粒状和短棒状的M3B相;1150℃退火后,条状、颗粒状和短棒状组织均消失,形成了粗大的块状M3B相,块状组织硬度达1188HV;涂层具有较好的耐高温软化性能,900℃或1000℃退火后,硬度仅分别下降约7%和9%。     

The Effect of Diffusion Barrier and Bombardment on Adhesive Strength of CuCr Alloy Films

COPPER is a highly promising alternative material toaluminum-based alloys for the new generation of ULSIcircuits owing to its low electrical resistivity and highelectromigration resistance1.However,Cu line or filmcannot completely show its advantages since Cu caneasily diffuse into silicon substrate and the adhesivestrength between Cu and Si is not well enough in somecases.To alloy pure copper with small amounts ofsolutes can not only enhance the electromigrationresistance but also improv…     

高熵合金涂层的摩擦学性能研究进展

相比于传统合金的设计方法及性能规律,高熵合金这种新兴材料体系的出现,提供了一种新的研究发展思路,且在各应用领域上表现出了极好的性能及发展潜力,为合金领域注入了新的活力.以涂层这一领域为重点,简要介绍了高熵合金的定义,解释了其基本的四大核心效应(高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应),以及近年来研究者们...