熱處理對(duì)Cr-Au雙層薄膜顯微結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的影響.pdf

1、本文采用直流磁控濺射法在玻璃態(tài)SiO2襯底上制備Au薄膜。由于兩者之間錯(cuò)配系數(shù)太大,導(dǎo)致Au膜與襯底之間附著力較差,在沉積Au之前,先在襯底上沉積一層Cr作為中間層。最后制得SiO2厚度0.36mm、Cr膜層30nm、Au層200nm的復(fù)合薄膜。制得的雙層薄膜進(jìn)行不同條件的熱處理工藝:退火處理和沉積時(shí)襯底加熱。使用XRD技術(shù)的θ-2θ掃描模式表征了Cr/Au雙層薄膜物相與微觀應(yīng)變、2θ-ω掃描模式表征了薄膜的宏觀應(yīng)力,使用原子力顯微鏡對(duì)

2、薄膜的表面形貌進(jìn)行表征,使用四探針測(cè)試儀對(duì)薄膜的導(dǎo)電性能進(jìn)行表征,以詳細(xì)和系統(tǒng)地研究各種熱處理工藝對(duì)Cr/Au雙層薄膜各性質(zhì)和性能有何影響。
　　研究后得出,在沒有襯底加熱的情況下,所制得Cr/Au雙層薄膜的Au膜層具有強(qiáng)烈的(111)晶面織構(gòu),其上層Au膜中存在拉應(yīng)力。退火處理后薄膜的織構(gòu)也并沒有明顯消減,但可有效消除薄膜中的殘余宏觀應(yīng)力以及由位錯(cuò)和空穴等缺陷引起的微觀應(yīng)變,通過提高退火溫度和延長(zhǎng)退火時(shí)間,可以加強(qiáng)各種應(yīng)力應(yīng)變消

3、減。在濺射沉積Au膜層時(shí)對(duì)襯底進(jìn)行加熱,則可以減弱Au膜層的織構(gòu)現(xiàn)象,但會(huì)使薄膜的微觀應(yīng)變明顯增大,且使其膜中存在的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力。薄膜的表面形貌極其容易受到熱處理工藝的影響。無(wú)論是增加退火溫度或是延長(zhǎng)退火時(shí)間,均可使薄膜表面的粗糙度降低,表面顆粒尺寸減小。如在制備薄膜過程中對(duì)襯底進(jìn)行加熱,會(huì)顯著改變薄膜表面形貌,表面顆粒尺寸急劇增加,粗糙度變大。且隨著襯底溫度的上升,這一變化越加明顯,當(dāng)襯底溫度達(dá)到200℃,薄膜的最大高度差將大于8

4、0nm。退火還會(huì)導(dǎo)致Au薄膜的晶面間距減小。Au膜晶面間距縮小速率與退火溫度并不成正比。其與退火溫度的變化關(guān)系呈“S”形曲線,在300℃左右存在臨界點(diǎn)。當(dāng)退火溫度低于臨界點(diǎn)時(shí),晶面間距縮小速率較慢,且縮小速率隨退火溫度的增大速度也較小。在425℃左右速率達(dá)到峰值,晶面間距趨于穩(wěn)定。這一變化是因?yàn)橥嘶饘?dǎo)致的Cr/Au雙層薄膜各層之間元素相互擴(kuò)散。其中由于Cr原子半徑小于Au原子半徑,Cr原子擴(kuò)散入Au膜厚會(huì)導(dǎo)致晶格收縮,因而晶面間距減小。

5、當(dāng)退火溫度低于200℃時(shí),因?yàn)橥嘶鹛幚硎贡∧?nèi)部微觀應(yīng)變減小,所以可以減小薄膜的表面方塊電阻,增加薄膜的導(dǎo)電能力。一旦退火溫度超過200℃,加熱引起的層間元素?cái)U(kuò)散所造成的負(fù)面效應(yīng)將會(huì)超過微觀應(yīng)變減小的影響,薄膜的方塊電阻會(huì)加速上升,且上升程度取決于層間擴(kuò)散的程度。相較與退火時(shí)間,退火溫度對(duì)薄膜導(dǎo)電性的影響更大。在制備薄膜時(shí)對(duì)襯底進(jìn)行加熱也會(huì)導(dǎo)致薄膜的導(dǎo)電能力下降。即使襯底的加熱溫度在200℃以下,仍可觀察到薄膜隨溫度的上升,表面方塊電阻