AlCrTaTiZrV高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备及其热稳定性

• 作者: 李荣斌 李珂 蒋春霞 张如林
• 来源期刊: 金属热处理
• 关键词: 高熵合金 扩散阻挡层 氮化物薄膜 非晶结构 退火 热稳定性
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 表面工程|SURFACE ENGINEERING
• 页码范围: 216-222
• 页数: 7页
• 分类号: TG174.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2021.09.039

摘要

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高熵合金氮化物为扩散阻挡层,并在阻挡层顶部沉积50 nm厚度的Cu膜,最终形成Si/AlCrTaTiZrVN10/Cu三层堆叠结构.利用真空退火炉将Si/AlCrTaTiZrVN10/Cu薄膜体系在500℃下进行不同时间的退火处理,用以模拟恶劣的工作环境.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)及四探针电阻测试仪(FPP)对试样的表面形貌、粗糙度、物相组成及方块电阻和进行表征.试验结果为:当氮气含量低于10％时,高熵合金氮化物薄膜为非晶结构.当氮气含量为20％时,高熵合金氮化物薄膜呈现FCC结构,并随着氮气含量的增加,薄膜的结晶性得到提高.薄膜表面的粗糙度在氮气含量为10％时最低,Ra仅为0.124 nm.三层堆叠结构500℃退火8 h后,Cu表面发生团聚,薄膜的方阻维持在较低的0.070Ω/?,且并未发现Cu-Si化合物.厚度为15 nm的非晶结构AlCrTaTiZrVN10薄膜在500℃退火8 h后,依旧可以抑制Cu的扩散,表现出了优异的热稳定性及扩散阻挡性能.