氮气含量对AlCrTaTiZrMoN_x高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能的影响

来源期刊：材料保护2018年第1期

论文作者：李荣斌 乔帮威 蒋春霞 张威威

文章页码：22 - 27

关键词：高熵合金氮化物薄膜;扩散阻挡性;热稳定性;反应磁控溅射;

摘    要：国内对高熵合金的研究主要集中于其优异的力学性能,还未见有关高熵合金扩散阻挡性能的报道。采用直流磁控反应溅射方法在不同N₂流量占比气氛中制备了AlCrTaTiZrMoNx薄膜与Cu/AlCrTaTiZrMoNx/Si复合试样,并对样品真空退火1h。用X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、四探针电阻测试仪（FPP）、场发射扫描电镜（SEM）对退火前后样品的物相结构、表面粗糙度、形貌以及方块电阻进行了分析表征,研究了薄膜的热稳定性和扩散阻挡性能。结果表明:随着N₂流量占比的增加,高熵合金氮化物薄膜表面粗糙度增加,方块电阻也单调增加;N₂流量变化会改变薄膜结构,未通入N₂时,薄膜为非晶结构,当通入N₂后,N原子会与金属原子形成氮化物,使结晶性能得到提高,薄膜结构为面心立方,N₂流量占比为20%时,薄膜结晶较好,晶粒细小;当N₂流量占比为0时,复合试样在700℃退火时失效;N₂流量占比为10%时,复合试样在800℃退火时失效;N₂气流量占比为20%和30%时,复合试样在800℃退火后,其X射线衍射峰没有明显的变化,复合试样表面较为平整,此温度为极限温度;在900℃退火后,复合试样界面发生了相互扩散,生成了高阻态铜硅化合物,表面粗糙度显著升高,表明扩散阻挡层已经彻底失效;可见,随着N₂流量占比的增加,高熵合金涂层的扩散阻挡性能和热稳定性得到提高,但当N₂流量占比大于20%时,其阻挡性能和热稳定性提高不明显。