金屬玻璃又稱非晶合金,由于其長(zhǎng)程無(wú)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(qiáng)度、高彈性極限等。隨著微電子器件的發(fā)展,對(duì)材料微型化要求越來(lái)越高,所以金屬玻璃為適應(yīng)微型器件的應(yīng)用,也發(fā)展出獨(dú)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(shí)還可兼?zhèn)湟恍┕δ苄蕴卣?例如高反射率。要研究出性能獨(dú)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(duì)象,探究了基底溫度對(duì)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(jī)理,同時(shí)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(duì)象,探究了薄膜厚度對(duì)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(zhǎng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)粗化規(guī)律,研究了其光學(xué)性能和變形模式轉(zhuǎn)變。主要結(jié)論如下:（1）通過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)在較低基底溫度下,薄膜... 

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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(gè)半八面體，(e)阿基米德反棱柱且上面有兩個(gè)半八面體。每個(gè)多面體右側(cè)顯示中心的孔(紫紅色球體的半徑對(duì)應(yīng)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(tuán)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(gè)球?yàn)橹行呐c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(shí)存在著拓?fù)溥B接和化學(xué)相互作用，即原子間可以形成具有一定幾何尺寸和對(duì)稱性的多面體原子團(tuán)簇。各種各樣的團(tuán)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(zhǎng)程的無(wú)序性。團(tuán)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(tuán)簇的種類(lèi)豐富，相互之間可以通過(guò)共點(diǎn)，共線，共面甚至穿插等方式進(jìn)行連接，從而可以更好地傳達(dá)金屬玻璃的微結(jié)構(gòu)的信息，但是也存在著團(tuán)簇間聯(lián)結(jié)區(qū)的原子排列不易確定的問(wèn)題。同時(shí)對(duì)于金屬玻璃薄膜，最初形成的原子團(tuán)有可能就是符合這種團(tuán)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(shí)驗(yàn)上表現(xiàn)的表面形貌結(jié)構(gòu)一般為顆粒狀的團(tuán)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(guò)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(guò)控

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.3(a)Voronoi多面體，它由3個(gè)四邊形面，6個(gè)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(wú)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(shí)，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(jìn)一步增加到3Pa時(shí)，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(tuán)簇結(jié)構(gòu)[40]。Chuang等人研究了通過(guò)添加N2成分來(lái)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(shí)，斷面形貌為無(wú)特征結(jié)構(gòu)，而N2在這區(qū)間內(nèi)時(shí)，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(duì)其它體系的也有研究[41]。Denis等人研究過(guò)Ar氣壓對(duì)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(shí)，斷面形貌展現(xiàn)出脈狀結(jié)構(gòu)，而表面形貌在0.4Pa時(shí)為平坦無(wú)特征的表面，在4Pa時(shí)為粒徑較大的顆粒狀結(jié)構(gòu)；在Ar氣壓高（10Pa）時(shí)，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(duì)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(duì)于不同體系的影響也是不一樣的，這種對(duì)結(jié)構(gòu)的影響更像是各種因素的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的。對(duì)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(jiǎn)單的Cu-Zr二元體系，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)薄膜中存在大量二十面體團(tuán)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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