C含量对间隙固溶Cu-C薄膜微结构、硬度及电阻率的影响

采用双靶磁控共溅射方法制备了一系列不同C含量的Cu-C薄膜,采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪和四探针电阻仪表征了薄膜微结构、力学性能及其电阻率。结果表明:在溅射粒子高分散性和薄膜生长非平衡性的共同作用下,Cu-C薄膜形成过饱和间隙固溶体。剧烈的晶格畸变使薄膜的晶粒细化,其硬度相应提高。随着C含量的增加,薄膜的硬度逐渐提高,当C含量为8.2 at.%时,由纯Cu薄膜硬度2.8GPa提高到4.3 GPa。与此同时,薄膜电阻率仅由纯Cu薄膜的2.0μΩ·cm到提高到10.7μΩ·cm,远低于其他置换型Cu基固溶体的电阻率。研究结果表明,相对于其他置换型原子,间隙型C原子的添加在提高Cu基薄膜力学性能的同时具有更好的导电性。