不同调制波长Cu/Ag多层膜硬度分析

用直流电沉积双槽法在纯铜基体上制备了不同调制波长的Cu/Ag多层膜,研究了多层膜硬度与调制波长之间的关系.实验结果表明,当调制波长位于600～300nm时,Cu/Ag多层膜的硬度与调制波长之间较好地符合基于位错塞积模型的Hall-Petch关系;当调制波长小于300 nm时,硬度与调制波长的关系偏离了HaU-Petch关系.由实验结果分析得出了Cu/Ag多层膜的位错稳定存在极限晶粒尺寸约为25 nm,与基于程开甲等人的位错稳定性理论得出的Ag晶体极限晶粒尺寸27 nm接近,验证了程开甲等人的位错稳定性理论.     

Cu/Ni多层膜中交变应力场对可动位错的制约

Cu／Ni多层膜的强化作用来自于多层膜结构中交变应力场对位错运动的约束．该交变应力场主要包括两部分：在共格界面处由于剪切模量差而导致的镜像力,以及多层膜内由于晶格常数差而形成失配位错网的应力．如果位错在膜层内运动的临界应力值小于交变应力场的约束,位错会被限制在单层膜内运动,多层膜被强化;反之,则位错很容易通过界面到达临近的膜层,多层膜开始出现弱化．交变应力场的变化幅值与多层膜的调制波长相关．理论计算结果表明,Cu／Ni多层膜的临界调制波长为1．9nm,但失配位错网的交变应力场在多层膜的调制波长λ=9nm时振幅达到极值．     

Cu/Ni多层膜强化机理的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了Cu／Ni薄膜结构在纳米压入和微摩擦过程位错的运动规律,探讨了薄膜结构中位错与界面的相互作用规律．结果表明：Cu／Ni多层膜结构中的层间界面会阻碍位错继续向材料内部扩展,阻碍作用主要来自于两个方面：界面失配位错网对位错运动的排斥阻力使其难以到达或穿过界面;由弹性模量差而产生的界面镜像力使位错被限制在Cu单层膜内运动．这种阻碍作用有利于提高Cu／Ni多层薄膜的力学性能．     

Pt／Co／Pt／Ni多层膜的结构与磁性

为了改变Pt/Co多层膜的磁光特性与磁性,插入与第三元素层是有效途径之一。我们研究表明,插入Ni可导致居里温度Tc的下降。所插的层最佳厚度为0．3－1．0nm,X射线衍射实验表明,插入Ni层后的样品具有良好的成层结构。Pt（111）峰与Co(111）峰的位置分别比纯Pt/Co相应的峰略向左移和向右移,这证明面间距分别是增大和缩小。磁性测定,由于Ni层的插入磁光克尔角θk略有增高,剩磁比与矫顽力的性能更好。     

[Co／Ti],[Co／Cu（Ni）]多层膜的结构与磁性

用双对向靶溅射方法制备了具有非晶磁性的「Ｃｏ／Ｔｉ」３０，「Ｃｏ／Ｃｕ（Ｎｉ）３０」两组多层膜，分别用Ｘ射线衍射，透射电镜和振动样品磁强计做了结构和磁性测量，在以非晶Ｃｏ和Ｃｉｕ－Ｎｉ合金构成的「Ｃｏ／Ｃｕ（Ｎｉ）」多层膜中，发现饱和磁化强度Ｍｓ随非磁性层厚度ｄｓ的增国发生振荡变化；在以非晶Ｃｏ和Ｔｉ构成的「Ｃｏ／Ｔｉ」多层膜中，ＭＳ和则随ｄｓ的增加而减小。     

金属纳米多层膜力学性能研究进展

新型功能材料及器件向小型化,集成化和复合化发展的趋势,使得尺寸在纳米尺度的层状材料和柔性多层器件在使用过程中的服役行为成为其发展的关键科学问题。本文结合作者近几年对Ag/M系列和Cu/M系列多层膜力学性能的研究工作,对金属纳米多层膜的微结构特征及其对力学性能的影响进行了回顾和总结,主要包括多层膜的晶粒形貌对其强化机制和塑性变形行为的影响,组元强度错配对多层膜硬化行为的影响,界面结构与其强度极值的关系、不对称界面结构引起的异常弹性模量增强和多层膜的室温蠕变机制及界面结构对蠕变性能的影响等几个方面,并对多层膜的力学性能研究进行了展望。     

Co／C多层膜的结构稳定性

用Ｘ射线衍射、透射电镜、Ｒａｍａｎ光谱、Ｘ射线光电子谱等测量方法研究了用对向靶溅射法制备的Ｃｏ／Ｃ多层膜的结构热稳定性．退火Ｃｏ／Ｃ多层膜的结构变化包括周期膨胀、非晶Ｃｏ层结晶、掠入射反射率变化以及化合物的形成．４００℃退火，周期膨胀主要是由于非晶碳层的石墨化．Ｃｏ／Ｃ系统的相分离造成掠入射反射率增强，可解释为Ｃｏ／Ｃ系统的正的混合焓．５００℃退火，Ｃｏ层的结晶和集聚导致了周期的异常膨胀和反射率的降低．此时界面处形成了少量的碳化物．     

调制周期对TaN/NbN纳米多层膜力学性能的影响

本研究选择钽和铌的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备TaN、NbN及-系列的TaN/NbN多层薄膜.通过XRD和纳米力学测试系统以及摩擦磨损仪分析了该体系合成以后的晶体结构,以及调制周期对机械性能的影响.结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为8.5 nm时,TaN/NbN多层膜达到最大硬度30 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜-基结合性能均达到最佳效果.     

组分调制Cu/Ni多层膜的合金化及其合金化镀层的耐蚀特性

采用双槽电沉积方法制备出了Cu/Ni多层膜。探讨了调制波长、热处理条件等对Cu/Ni多层膜合金化行为影响的规律,并借助于SEM和XRD等对Cu/Ni多层膜及其合金化镀层的结构与组成进行了分析表征。结果表明,利用Cu/Ni多层膜合金化方法可以制备出组织均一、成分均匀的Cu-Ni合金镀层,且多层膜调制波长的减小、热处理时间的延长及保温温度的升高均有利于Cu/Ni多层膜的合金化。此外,利用电化学综合测试技术对合金镀层的耐蚀行为进行了评估。结果表明,合金化后的Cu-Ni合金镀层比相应条件下的纯Cu镀层、Ni镀层具有更正的自腐蚀电位、更低的极化电流密度以及更小的腐蚀速率。     

电刷镀Cu/Ni纳米多层膜镀液的研究

应用扫描电子显微镜（SEM）对电刷镀Cu、Ni薄膜表面形貌进行了观察，并对膜层进行了能谱（EDS）成分分析。结果表明：改变镀液配比和沉积电压，镀层的成分和沉积速率都有明显的变化；在适当的镀液配比下，控制沉积电位，可以分别刷镀出Cu镀层和Ni镀层；控制沉积时间，可以实现纳米多层膜的制备；镀层的生长方式以沿晶外延生长为主，当沉积电压增高时，还伴随有新的晶核的形成和取向择优生长。     

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。     

溅射沉积Cu/W纳米多层膜结构与性能

以单晶硅和聚酰亚胺为衬底,用磁控溅射沉积调制周期λ=25~150 nm、调制比η=0.5~2的Cu/W纳米多层膜,用XRD、SEM、EDS、AFM、微力测试系统、纳米压痕仪和四探针法对多层膜微观结构、表面形貌和力学及电学性能进行研究。结果表明:λ和η显著影响多层膜结构和性能。多层膜Cu层和W层均为纳米晶结构,分别呈Cu(111)和W(110)择优取向。W(110)晶面间距减小且减幅与1/λ或η值呈正相关,Cu/W层间界面处存在扩散混合层。表面Cu层晶粒尺寸随Cu层厚增加而增大。裂纹萌生临界应变εc总体上随λ增大或η减小而下降,屈服强度σ0.2、显微硬度H和电阻率ρ总体上均与λ或η呈负相关。因Cu层和W层厚度随λ或η的变化而改变,相应地改变了Cu层晶粒度及其晶界密度、W层体积分数和Cu/W层间界面数量,使位错运动能力及电子散射效应变化,最终改变Cu/W纳米多层膜性能。     

双槽电沉积法制备Cu/Ag纳米多层膜

双槽电沉积法制备了不同调制波长的Cu/Ag金属多层膜(Cu膜和Ag膜等厚),用扫描电子显微镜观察了多层膜的层状结构,并研究了不同调制波长下多层膜的显微硬度变化.结果表明:双槽电沉积法制备的Cu/Ag多层膜层状结构明显.当调制波长大于100 nm时,显微硬度随调制波长减小而增加;当小于100 nm时,硬度随调制波长减小而...     

GaN/C60多层膜结构及光学特性的理论分析

使用转移矩阵方法计算了GaN／C60多层膜一维光子晶体的带隙结构。计算结果表明,由厚度分别为21nm、49nm的GaN、C60薄膜组成的多层膜结构,在中心带隙为6．46eV处有一不完全的光子带隙存在,反射率最高可达64．3％。     

Co/Pt多层膜的调制结构对磁光性能的影响

研究了Ｃｏ／Ｐｔ多层膜中,Ｃｏ层厚度,Ｃｏ、Ｐｔ含量比,溅射温度对多层膜磁光性能的影响。研究发现Ｃｏ层厚度及Ｃｏ、Ｐｔ含量比对Ｃｏ／ｐｔ多层膜的磁光性能起决定性影响。当ｔＣｏ〈０．４ｎｍ,ｔＣｏ／ｔＰｔ＝１／２时。可获得较好的综合磁光性能;适当提高溅射时基体的温度,可改善多层膜的结晶性并获得较好的调制周期结构,最终改善其磁光性能。     

磁控溅射沉积Al/AlN纳米多层膜的摩擦学性能

纳米多层膜因具有优异的力学性能与抗摩擦磨损性能使其在摩擦学领域具有重要的应用价值。采用磁控溅射沉积法制备了Al、AlN单层薄膜与Al/AlN纳米多层膜,探讨了纳米多层化对薄膜的力学性能和摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测量评价薄膜的纳米硬度和摩擦学性能。结果表明:Al/AlN纳米多层膜具有良好的周期调制结构,多层膜中的大量界面能显著提高薄膜的力学性能与摩擦学性能。多层膜的硬度为8.8GPa,高于采用混合法则计算出的硬度值6.6GPa;多层膜具有软质Al层和硬质AlN层的交替结构,在摩擦过程中,硬质AlN层可以起到良好的承载作用,软质层可以起到良好的减摩作用。相对于Al单层薄膜或AlN单层薄膜,Al/AlN纳米多层膜具有较低的摩擦因数(0.15)和优异的抗磨损性能。     

气相沉积铁钇多层膜的磁学性能

研究了气相沉积技术制备的Fe/Y多层膜的磁学性能,试验结果表明,当多层膜中铁层厚度减少到1．4nm时,薄膜由铁磁性转变为超顺磁性;多层膜的饱和磁化强度随铁层厚度的减少和钇层厚度的增加而显著降低。