fecu纳米多层薄膜调制结构及力学行为研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要利用双室高真空多功能磁控溅射装置，在背底真空优于2×10巧Pa、溅射Ar气气压03Pa、溅射功率100W的条件下，以30millx3蛐x380tun的Si(100)为基体，室温直流溅射沉积设计调制比为1、设计调制周期为5—40卿的Fe／Cu纳米多层薄膜。利用小角／广角X射线(SA／WAXRD)和高分辨透射电子显微镜OmTEM)分析Fe，Cu纳米多层薄膜的成分、相结构和界面结构等调制结构。利用表面轮廓仪和纳米压痕仪测量Fe／Cu纳米多层薄膜残余应力和纳米硬度。测定的Fe／Cu纳米多层薄膜的调制比约为1

2、，调制周期为5．63—34．0呦，与设计值吻合。在各调制周期下，Fe，Cu纳米多层薄膜界面清晰，近基体平直，后渐呈波浪状，基体与多层薄膜之间存在2nm厚的非晶层。Fe亚层为具有(1lo)择优取向的bcc．Fe，Cu亚层为具有(“1)择优取向的fcc．Cu。调制周期为5姗的Fe／Cu多层薄膜的界面局部存在共格，Fe亚层为体稳定bec．Fe，Cu亚层为体稳定fcc．Cu与亚稳bec-Cu交替变化的结构。两种亚层的晶粒均为贯穿亚层生长的桂状晶，调制周期由5啪增至40蛐，平均晶粒尺寸由5nlTl增至19nm。Fe7Cu纳米多层薄膜的残

3、余应力为张应力，沉积后随时间的变化释放不显著，调制周期由5nnl增至40姗，残余应力由183MPa增至627MPa，主要归因于晶粒尺寸的变化和热失配的作用。Fe／Cu纳米多层薄膜的硬度随调制周期由5砌增至40nm，先增大后减小，调制周期10nnl达到峰值7．29j：0．29GPa。Fc(Cu纳米多层薄膜亚层的模量差异和亚层的互混程度决定多层薄膜的硬化性能。关键词：Fe／Cu纳米多层薄膜；磁控溅射；调制结构；残余应力；纳米硬度FaCu纳米多层薄膜调制结构及力学行为研究ModulationStructureandMechanica

4、lBehaviorofFe／Cunanometer-sealeMultilayersAbstractFe／Cunanometer-sealemultilayerswithnominalmodulationwavelengthsrangingfrom5to40衄andalternatingFeandCusublayersthicknessratio1：1aledirecteullentsputteringdepositedontosin掣ecrystalSi(100)substrateswithdimensionsof30mmx

5、3衄x380“matloomtemperatureusingthehigh-vacuumduplexchambermulti．functionalmaglletronsputteringapparatuswithabasepressurebetterthan2X10’’Pz．Theworkingpressureofresearch-gradeArand恤emrgetpowera／'e0．3Paand100W．respectively．Medulationstrnct=I：ll'esincludingconcentrationp

6、rofile，phasestateandinterfacialstructurearecharacterizedbyusingsmallangle／wideanglex—raydiffi-aetion(S刖W∞Ⅱ①)andhi曲resolutiontransmissionelectronmicroscopyffmTEM)．Residualstr髑isandnanoindentafionhardnessaleexaminedbyusingprofilometryandnanoindentation,respectively．Th

7、eactualsublayerthicknessratioiScloseto1：l。andtheactualmodulationwavelengthsare5．63．34．0rim,whichagreewiththedesignedvalues．Fe／Cummometer-scalemultilayershaveclearinterfacesbetweenthealternatingFeandCusublayerswhichafeplanarsealthesubstrateandwavednearthesurface．Ther

8、eisanamorphouslayerwithathicknessof2删betweenmultiayersandsubstrate．Inallconditions，themultilayershaveFe(110)andCu(111)textures．Forthemulti