PDF《银和铜膜中异常晶粒生长和织构变化的实验研究 ！》

银和铜膜中异常晶粒生长和织构变化的实验研究! 张建民!) ) 徐可为 ) !) (陕西师范大学物理学与信息技术学院, 西安 #!$$% ) ) (西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 西安 #!$$&

'

) ( $$ 年!月 ( 日收到;

$$ 年(月 '

日收到修改稿) 用透射电子显微镜 ()*+) 和,射线衍射 (-.

/) 方法对经 0$$1,

2 退火的

34 和56 自由膜和

78 基体上的

34 和56 附着膜的异常晶粒生长和织构变化进行了实验研究9 -./ 分析表明:

34 和56 沉积膜均有 (!!!) 和(!$$) 择优取 向9 但经退火处理后,

34 和56 自由膜的 (!!!) 织构稍有加强9相反,

78 基体上的

34 和56 附着膜的 (!$$) 和(!!$) 织构 明显加强, 同时用 )*+ 在56 附着膜中观察到了两个 (!!$) 和四个 ( !!) 取向的异常大晶粒9 根据表面能和应变能的 各向异性对实验结果进行了分析9 关键词:薄膜,晶粒生长, 织构,实验 %!!&

, %!($5 ! 国家自然科学基金重点项目 (批准号: ('

'

0!$!$) 和国家自然科学基金 (批准号: ($ #!$0:) 资助的课题 ;

!;

引言对附着在单晶基体上的薄膜特别是柱状晶薄 膜, 当晶粒在膜平面内的线度等于或大于膜厚时, 除 晶界能外, 各向异性的表面能、 膜<

基界面能和应变 能对薄膜中的异常晶粒生长也能提供附加的驱动 力9对面心立方金属薄膜, 其密排面 (!!!) 对应的表 面能最小9因而从表面能考虑, 面心立方金属膜的择 优取向或织构应为 (!!!) 9这已在 36, 3=, 34,

56 等膜 中得到证实 [!―&

]

9 前文计算了面心立方金属膜中不 同取向晶粒的应变能密度, 结果表明: 在屈服之前, 五个较小的应变能密度对应的晶粒取向依次为 (!$$) , ((!$) , (&

!$) , ((!!) 和(0!$) ;

在屈服膜中, 五 个较小的应变能密度对应的晶粒取向依次为 (!!$) , (!$$) , ((!!) , (&

!!) 和( !!) [(]

9 因此, 从应变能角度 考虑, 附着在基体上的面心立方金属膜退火后的择 优取向或织构应依次为 (!$$) , ((!$) , (&

!$) , ((!!) 和(0!$) 或(!!$) , (!$$) , ((!!) , (&

!!) 和( !!) (取决 于膜的变形程度)

9 这一结论已有初步的实验证明9 例如, >

2?8 等人在

78 基体上沉积

56 膜时发现, 当用 低能粒子轰击时

56 膜的择优取向为 (!$$) 和(!!!) , 但经退火处理后, 起初的 (!!!) 取向几乎全部转变为 (!$$) 取向, 且形成了直径约为 !$$ ! ? 的异常大晶 粒[%] 9)@ABC 等人曾采用各种不同方法沉积

56 膜, 并 对膜的织构进行了深入研究, 结果发现, 主要的择优 取向为 (!$$) , (!!$) , (!!!) 和((!!) [#]

9 DEF4GE@H2 等 人对分别用 +F, +F 和5@, 34,

34 和5@,

56 和I合金化的 3= 膜退火处理后也发现, 膜的织构从起初的 (!!!) 转变为 (!!$) 和( !!) [:]

9 为了进一步证明应变 能的计算结果, 本文用透射电子显微镜 ()*+) 和,射线衍射 (-./) 方法对经 0$$1退火的

34 和56 自 由膜和

78 基体上的

34 和56 附着膜中的异常晶粒 生长和织构变化进行了实验研究9 ;

实验采用磁控溅射方法在 (!!!) 取向的单晶

78 片上 分别沉积厚度约为 ! ? 的34 和56 膜9用-./ 分析 沉积膜的择优取向 (或织构) 9然后将试样分为两组: 一组将

34 和56 膜从

78 基体上剥离下来得到

34 和56 自由膜, 另一组

34 和56 膜仍附着在

78 基体上9 最后把所有试样放入石英真空退火炉内, 将退火炉 抽至 # J !$K