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Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应

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 , modulation period , ductility , fracture toughness

Cu/Zr纳米多层膜的调制结构与电阻率

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

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