[发明专利]一种层界面结构可控的CuNb/Cu纳米合金薄膜制备方法

摘要

本发明公开了一种层界面结构可控的CuNb/Cu纳米合金薄膜制备方法，该方法在磁控溅射镀膜过程中，采用直流电源和射频电源共溅射的方法制备CuNb合金膜，在镀制过程中，保持镀Cu溅射功率不变，通过控制镀Nb的功率控制合金成分及微结构，在不同的合金中，保持镀Cu层时的功率不变，此时Cu层的结构将由CuNb合金层的结构所主导，最终得到CuNb/Cu纳米合金薄膜。本发明制备的薄膜结构致密，可以很容易通过控制溅射功率来控制层界面结构和晶界结构，从而为制备力学性能可控的纳米合金材料提供可能。同时，该方法操作简单，成本较低，易于在工业上实现和推广。

主权项

一种层界面结构可控的CuNb/Cu纳米合金薄膜制备方法，其特征在于，将单面抛光单晶硅基片分别用丙酮和酒精超声清洗，吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；在磁控溅射镀膜过程中，采用直流电源和射频电源共溅射的方法制备CuNb合金膜，在镀制过程中，将需要溅射的金属靶材安置在靶材座上，通过调整直流和射频电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为离化气体，保证有效的辉光放电过程；保持镀Cu溅射功率不变，通过控制镀Nb的功率控制合金成分及微结构，在不同的合金中，保持镀Cu层时的功率不变，此时Cu层的结构将由CuNb合金层的结构所主导，最终得到CuNb/Cu纳米合金薄膜；硅片溅射沉积时，CuNb合金层采用直流和射频电源共溅射，Cu层选择射频电源溅射；先在硅基体上用直流和射频电源共溅射镀一层140nm的CuNb合金层，之后关闭直流电源，保持射频电源开启，在CuNb合金层上面镀一层10nm的Cu层，然后重新开启直流电源，在Cu层上面镀制CuNb合金层，这样交替沉积CuNb合金层和Cu层，最终达到所需的厚度；CuNb合金溅射过程中，选择射频电源功率为100W，直流电源功率为20W、60W、100W，对应的沉积速率分别为10.1nm/min、12.5nm/min和14.9nm/min；Cu层溅射过程中，选择射频电源功率为100W，Cu层沉积速率为10nm/min；CuNb/Cu合金膜中层界面结构及晶界结构，通过镀膜过程中选择不同直流溅射功率进行调节；当Nb直流溅射功率为20W时，产生与CuNb合金共格生长的界面结构，合金晶界宽度为几个原子尺度，当Nb直流溅射功率为60W时，产生晶体/晶体与晶体/非晶混合的界面结构，合金晶界宽度为5纳米，当Nb直流溅射功率为100W时，形成晶体/非晶型层界面结构，合金微结构为非晶包裹晶粒尺寸为5nm的纳米晶。