金屬玻璃又稱非晶合金,由于其長程無序結(jié)構(gòu),使得金屬玻璃在性能上相比晶體具有更突出的表現(xiàn),比如高強度、高彈性極限等。隨著微電子器件的發(fā)展,對材料微型化要求越來越高,所以金屬玻璃為適應微型器件的應用,也發(fā)展出獨特的金屬玻璃薄膜。金屬玻璃薄膜由于尺寸小,在塑性變形方面表現(xiàn)得更加優(yōu)異,它也可作為耐高溫耐磨損和抗氧化的涂層,同時還可兼?zhèn)湟恍┕δ苄蕴卣?例如高反射率。要研究出性能獨特的金屬玻璃薄膜就必須能夠調(diào)控其結(jié)構(gòu),故本論文選用Ni-Nb為研究對象,探究了基底溫度對Ni-Nb金屬玻璃薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響,揭示了其結(jié)構(gòu)隨基底溫度變化的機理,同時利用結(jié)構(gòu)變化解釋了 Ni-Nb金屬玻璃薄膜的性能改善。此外,還選用Au-Cu-Si為研究對象,探究了薄膜厚度對Au-Cu-Si金屬玻璃薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響,分析了 Au-Cu-Si金屬玻璃薄膜生長過程中的動力學粗化規(guī)律,研究了其光學性能和變形模式轉(zhuǎn)變。主要結(jié)論如下:（1）通過控制磁控濺射儀器的基底溫度,在293 K-823 K的溫度范圍內(nèi)制備出Ni-Nb金屬玻璃薄膜。利用掃描電鏡觀察其斷面形貌均為柱狀結(jié)構(gòu),表面形貌為顆粒狀結(jié)構(gòu)。同時發(fā)現(xiàn)在較低基底溫度下,薄膜... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁控濺射原理圖

第一章緒論5圖1.2Bernal多面體及孔洞：(a)四面體，(b)正八面體，(c)四方十二面體，(d)三角棱柱且上面有三個半八面體，(e)阿基米德反棱柱且上面有兩個半八面體。每個多面體右側(cè)顯示中心的孔(紫紅色球體的半徑對應于孔的大小)[33]。Fig.1.2(a)tetrahedron(b)octahedron(c)tetragonaldodecahedron(d)trigonalprismcappedwiththreehalfoctahedra(e)Archimedeanantiprismcappedwithtwohalfoctahedra.Ineachpanel,theleftfigureshowsthehardspherepackingsurroundingthehole,andtherightfigureshowstheholeinthecenter(theradiusofthepinkspherecorrespondstothesizeofthehole)[33].非晶團簇模型提出了金屬玻璃的基本單元是Voronoi多面體[35-39]，這種多面體是以某個球為中心與最近鄰的球心連線，由這些連線的垂直平分面所圍成的多面體，如圖1.3所示。研究指出，構(gòu)成金屬玻璃的原子和其近鄰原子間同時存在著拓撲連接和化學相互作用，即原子間可以形成具有一定幾何尺寸和對稱性的多面體原子團簇。各種各樣的團簇作為金屬玻璃的基本單元，相互緊密堆垛排列，呈現(xiàn)出長程的無序性。團簇一般是原子數(shù)大于10的大型多面體，包括二十面體，阿基米德三棱柱等。團簇的種類豐富，相互之間可以通過共點，共線，共面甚至穿插等方式進行連接，從而可以更好地傳達金屬玻璃的微結(jié)構(gòu)的信息，但是也存在著團簇間聯(lián)結(jié)區(qū)的原子排列不易確定的問題。同時對于金屬玻璃薄膜，最初形成的原子團有可能就是符合這種團簇模型。1.3.1.2金屬玻璃薄膜的形貌結(jié)構(gòu)金屬玻璃薄膜在實驗上表現(xiàn)的表面形貌結(jié)構(gòu)一般為顆粒狀的團簇或小顆粒，而斷面形貌表現(xiàn)為柱狀結(jié)構(gòu)或脈狀結(jié)構(gòu)。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，這些金屬玻璃薄膜的結(jié)構(gòu)與制備條件、元素成分有著緊密的聯(lián)系。例如，Liu等人通過控

浙江大學碩士學位論文6圖1.3(a)Voronoi多面體，它由3個四邊形面，6個5邊形面組成，其維式指數(shù)(Voronoiindex)是<0,3,6,0>。(b)用Voronoi多面體拼砌成的非晶的三維結(jié)構(gòu)[33]。Fig.1.3(a)Voronoipolyhedron,whichiscomposedofthreequadrilateralfacesandsixfive-sidedfaces,anditsVoronoiindexis<0,3,6,0>.(b)Anamorphousthree-dimensionalstructureassembledbyaVoronoipolyhedron[33].貌為較為平坦的無特征的結(jié)構(gòu)，表面形貌為較為平整且有較小而模糊的顆粒；隨著氣壓增加到1Pa時，斷面形貌為尺寸較小的柱狀結(jié)構(gòu)，表面形貌為較小且清晰的顆粒；氣壓進一步增加到3Pa時，斷面形貌為尺寸較大的柱狀結(jié)構(gòu)，表面形貌為大小不一的團簇結(jié)構(gòu)[40]。Chuang等人研究了通過添加N2成分來改變Zr-Ni-Al-Si金屬玻璃薄膜的形貌，發(fā)現(xiàn)N2成分為0或是添加至最高時，斷面形貌為無特征結(jié)構(gòu)，而N2在這區(qū)間內(nèi)時，斷面形貌均為柱狀結(jié)構(gòu)，只是尺寸不一樣。人們除了研究Zr基金屬玻璃薄膜，對其它體系的也有研究[41]。Denis等人研究過Ar氣壓對Au-Cu-Pd-Ag-Si金屬玻璃薄膜形貌的影響，在Ar氣壓低（0.4Pa，4Pa）時，斷面形貌展現(xiàn)出脈狀結(jié)構(gòu)，而表面形貌在0.4Pa時為平坦無特征的表面，在4Pa時為粒徑較大的顆粒狀結(jié)構(gòu)；在Ar氣壓高（10Pa）時，斷面為明顯的柱狀結(jié)構(gòu)，表面形貌為粒徑較小的顆粒狀結(jié)構(gòu)[42]。從中我們可以看到，對金屬玻璃薄膜結(jié)構(gòu)的影響并不是單一的，一樣的影響因素對于不同體系的影響也是不一樣的，這種對結(jié)構(gòu)的影響更像是各種因素的競爭導致的。對于金屬玻璃薄膜的結(jié)構(gòu)在理論上也有研究，Almyras等人選擇較為簡單的Cu-Zr二元體系，通過分子動力學模擬發(fā)現(xiàn)薄膜中存在大量二十面體團簇結(jié)構(gòu)，正是由于這種結(jié)構(gòu)的存在阻礙了形核的發(fā)生[43]。金屬玻?


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