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第45 卷 第9 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No.9
2016 年 9 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING September 2016
Ti 稳定N 的三元Cu 合金薄膜
1,2 1 1 1,2
李晓娜 ,赵丽荣 ,郑月红 ,董 闯
(1. 大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室,辽宁 大连 116024)
(2. 大连理工常州研究院有限公司,江苏 常州 213164)
摘 要:由于铜与氮不能生成稳定的化合物,使得渗氮的方法不能用于提高铜的表面硬度。通过在Cu 中添加能够稳定
N 的合金元素Ti ,探索提高Cu 表面硬度的有效方式。用磁控溅射法在 Si(100)基体上制备不同Ti 、N 含量的Cu 膜,对
三元Cu 合金膜进行微结构、硬度以及电阻率的分析。结果表明,加入Ti 可以使N 以钛氮化合物的形式稳定存在于Cu
薄膜中,合金薄膜的硬度比纯Cu 膜(~3.5 GPa )有了很大的提高,特别是Cu80.2Ti9.8N 10.0 薄膜在400 ℃/1 h 退火后硬度
依然为5.4 GPa 。Ti 、N 含量高的Cu81.2Ti9.9N8.9 薄膜的电阻率(~660 μΩ·cm )比Cu88.5Ti4.3N7.2 薄膜 (~123 μΩ·cm )高很
多,但两薄膜的硬度却都约为5.2 GPa ,所以,薄膜中并不是Ti 、N 含量越高性能越好,因此应该合理控制各组元含量。
关键词:Cu 合金;薄膜;磁控溅射;硬度;电阻率
中图法分类号:O484.5 文献标识码:A 文章编号:1002- 185X(2016)09-2366-07
Cu 是非常理想的导电材料,但其强度较低,在很 不锈钢渗氮中的合金氮化物。另外,TiN 是一种很好
[6]
多工作条件下,硬度和耐磨性均达不到使用要求。而 的导电材料,其体材料电阻率在10 ·cm 左右 ,甚
Cu 合金作为电极或接触线材料时,性能的要求就更加 至比金属Ti 的电阻率还低,体材料TiN 的显微硬度为
苛刻了。目前提高铜的强度及化学惰性通常采用适当合 21 GPa ,且它具有很高的化学稳定性和较好的抗氧化
金化的方法,但引入大量溶质,必然带来导电率的下降。 性,其开始氧化的温度在600 ℃左右。TiN 薄膜的研究
[7]
由此,提高Cu 的使用性能,拓展其应用的核心问题是 还表明 ,当气氛中N2 含量较少时, 薄膜中存在不饱和
保持良好导电性的同时,提高其强度、降低化学反应活 的Ti N 相,这种多相共存的结构可以显著地提高薄膜
2
[8]
性等。既然合金化本身会带来上述矛盾,所以自然联想
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