张金钰
,
牛佳佳
,
张欣
,
雷诗莹
,
张鹏
,
刘刚
,
孙军
中国有色金属学报
采用磁控溅射方法分别在聚酰亚胺基体以及单晶硅基体上制备恒定调制比(η)以及恒定调制周期(λ)的Cu-Cr纳米金属多层膜;通过单轴拉伸试验以及纳米压痕试验系统研究Cu-Cr多层膜屈服强度及硬度的尺度依赖性.微观分析结果表明:基体对多层膜的微观结构无影响,Cu-Cr多层膜在生长方向上均呈现Kurdiumov-Sachs取向关系,即{111}Cu//{110}Cr和(110)Cu//(111)Cr.力学测试结果表明:调制比恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度及硬度随调制周期的缩短而增加;调制周期恒定的Cu-Cr多层膜的屈服强度/硬度随调制比的增加而增加.Cu-Cr多层膜变形机制在临界调制周期(λc≈25 nm)和临界调制比(ηc≈1)由Cu层内单根位错滑移转变为负载效应.
关键词:
纳米金属多层膜
,
强度
,
硬度
,
调制周期
,
调制比
孙军
,
张金钰
,
吴凯
,
刘刚
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2016.00315
纳米金属多层膜材料已成为目前高性能微元器件以及互连结构的核心材料体系, 其服役过程中的变形损伤与断裂是导致系统失效的关键因素. 以本课题组近年来的研究结果为基础, 结合当前国内外有关金属多层膜微柱体塑性变形行为研究的最新进展, 阐述了金属多层膜微柱体微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性, 揭示了金属多层膜微柱体变形模式与损伤的内在规律, 归纳了晶体/晶体与晶体/非晶两类层状结构材料加工硬化/软化行为的微观机理, 并对纳米金属多层膜研究的发展趋势进行了展望.
关键词:
纳米金属多层膜
,
微柱体
,
塑性变形
,
形变损伤
,
尺寸效应
张金钰
,
赵义
,
刘刚
,
张敬
,
孙军
材料研究学报
原位观察交变电流作用下纳米晶铜互连线的表面损伤形貌演化过程,重点研究了交变热-机械载荷作用下硅基铜互连线的电致热疲劳性能.结果表明,铜互连线电致热疲劳寿命随着电流密度的增加而减小;载流铜互连线表现出新的变形方式,具有独特的电致热疲劳行为特征.在低电流密度(j<10 MA/cm2)条件下,在电致热疲劳中应力控制的晶粒挤出损伤机制起主导作用;而在高电流密度(j>10 MA/cm2)条件下,交变电流产生的焦耳热效应起主导作用.
关键词:
金属材料
,
交变电流
,
纳米晶铜膜
,
尺寸效应
,
疲劳行为
张金钰
,
张欣
,
牛佳佳
,
刘刚
,
张国君
,
孙军
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00246
利用纳米压痕实验以及四探针法,系统研究了相同层厚Cu/X(X=Cr,Nb)纳米金属多层膜的力学性能(强/硬度)和电学性能(电阻率)的尺度依赖性.微观分析表明:Cu/X多层膜调制结构清晰,Cu层沿{111}面择优生长,X层沿{110}面择优生长.纳米压入结果表明,Cu/X多层膜的强度依赖于调制周期,并随调制周期的减小而增加.多层膜变形机制在临界调制周期(λc≈25 nm)由Cu层内单根位错滑移转变为位错切割界面.多层膜的电阻率不仅与表面/界面以及晶界散射相关,而且在小尺度下受界面条件显著影响.通过修正的FS-MS模型可以量化界面效应对多层膜电阻率的影响.Cu/X纳米多层膜可以通过调控微观结构实现强度—电导率的合理匹配.
关键词:
Cu/Cr
,
Cu/Nb
,
纳米多层膜
,
强度
,
电阻率
,
尺寸效应
张欣
,
张金钰
,
刘刚
,
张国君
,
孙军
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00405
通过单轴拉伸实验并结合原位电阻测量法系统研究了恒定调制比下调制波长(λ=10-250 nm)对聚酰亚胺基体上Cu/Nb纳米金属多层膜延性和断裂韧性的影响.微观分析表明,Cu/Nb的调制结构清晰,不存在明显的互混现象.实验结果表明,随着调制波长的减小,多层膜的延性和断裂韧性均呈现非单调演变趋势,在调制波长为50 nm左右出现峰值.这是由于随着层厚的变化,脆性Nb层内起始微裂纹扩展能力和延性Cu层抑制裂纹扩展能力这两个因素之间的相互竞争关系变化引起的.采用断裂力学理论对这种竞争关系及其引起的延性和断裂韧性非单调变化趋势进行了定性分析.
关键词:
纳米多层膜
,
调制波长
,
延性
,
断裂韧性
孙军
,
张金钰
,
吴凯
,
刘刚
金属学报
doi:10.11900/0412.1961.2016.00315
纳米金属多层膜材料已成为目前高性能微元器件以及互连结构的核心材料体系,其服役过程中的变形损伤与断裂是导致系统失效的关键因素.以本课题组近年来的研究结果为基础,结合当前国内外有关金属多层膜微柱体塑性变形行为研究的最新进展,阐述了金属多层膜微柱体微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性,揭示了金属多层膜微柱体变形模式与损伤的内在规律,归纳了晶体/晶体与晶体/非晶两类层状结构材料加工硬化/软化行为的微观机理,并对纳米金属多层膜研究的发展趋势进行了展望.
关键词:
纳米金属多层膜
,
微柱体
,
塑性变形
,
形变损伤
,
尺寸效应
张国君
,
关志良
,
李娇
,
王涛
,
张金钰
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2017.05.05
采用磁控溅射技术在单晶硅片上制备了恒定调制周期(λ =25,40 nm)、不同调制比(η=0.1～ 10.5)的Cu/Zr纳米多层膜.分别通过透射电子显微镜研究分析Cu/Zr多层膜的微观结构,通过四探针测量法系统研究Cu/Zr多层膜电阻率的尺寸效应.微观结构分析表明:Cu/Zr多层膜呈现周期性层状结构,层界面清晰.调制周期与调制比均显著影响Cu/Zr多层膜的电阻率(p).相同调制周期下,η大于临界调制比(ηc≈1)时,ρ几乎与η无关;而η小于此临界调制比(ηc≈1)时,p随η减小急剧增大.利用Fuchs-Sondheimer和Mayadas-Shatzkes(FS-MS)传输模型可以对实验数据进行很好的拟合,拟合结果表明:当η＞ηc时,晶界散射和界面散射协同作用是Cu/Zr多层膜电阻率变化的主控机制;当η＜ηc时,晶界散射成为多层膜电阻率变化的主导因素.
关键词:
纳米多层膜
,
晶界
,
界面
,
电阻率
张金钰
,
刘刚
,
孙军
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00599
如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾,大幅提高结构材料的损伤容限,是设计微观结构敏感性材料的巨大挑战.纳米金属多层膜材料由于其灵活可调控的微观结构特征以及优异的力学性能已成为目前高性能微元器件以及互连结构的核心材料体系,其服役过程中的变形损伤与断裂是导致系统失效的关键因素.本文结合当前国内外有关金属多层膜塑性变形与断裂行为研究的最新进展,阐述了金属多层膜(微柱体)微观结构-尺寸约束-服役性能三者之间的关联性,揭示了金属多层膜(微柱体)变形与断裂模式的内在规律及机制,并对金属多层膜研究的发展趋势进行了展望.
关键词:
纳米金属多层膜
,
塑性变形
,
断裂行为
,
尺寸效应
,
界面
张金钰
,
刘刚
,
孙军
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2016.05.07
如何有效地协调和平衡材料强度与韧性之间的矛盾，大幅度地提高结构材料的损伤容限，是非均质金属材料微观结构敏感性设计的巨大挑战。纳米金属多层膜作为一类典型的非均质金属材料，由于不仅可以调整其组元几何和微观结构尺度，而且可以引入具有不同本征性能的组元材料和不同结构的层间异质界面，因此在获得高强高韧金属结构材料方面具有潜在的能力。结合当前国内外有关金属多层膜塑性变形强韧化机制及其尺寸与界面效应研究的最新进展，分别阐述了晶体／晶体Cu／X（ X＝Cr， Nb， Zr）与晶体／非晶Cu／Cu?Zr金属多层膜／微柱微观结构－尺寸约束－服役性能三者之间的关联性，并对纳米金属多层膜研究的发展趋势进行了展望。
关键词:
纳米金属多层膜
,
界面
,
塑性变形
,
断裂行为
,
强韧化机制
,
尺寸效应
