2.2 CuMo合金薄膜结构
2.2.1 CuMo合金薄膜XRD 分析
图1 所示为8 种成分CuMo薄膜沉积态和热处理后的 XRD 谱。由图1 可看出，沉积态CuMo膜仅有Cu 特征峰，呈强 Cu(111)择优取向，这是由于主基体FCC Cu(111)面的表面自由能最低。相对JCPDS 衍射数据(卡号040836)，C u(111)等峰位向低角度方向偏移(Cu(111)标准峰位为 43.317°)。随 Mo 含量增加，Cu(111)峰偏移量渐增，而峰宽化渐趋显著，表明薄膜晶粒趋于细化。用MDI Jade 5.0 XRD 分析软件，选重心法测定图1 中Cu(111)主峰峰位，结果见表2。薄膜XRD谱峰偏移的主因是晶格常数变化和应力因素，沉积Ti 膜作缓冲层显著降低了铜钼膜与衬底间因热膨胀系数差引起的热应力;同时，薄膜生长时间长，持续受等离子体轰击获得能量，有充足时间调整结构并释放生长内应力，因 此，峰偏移应考虑晶格常数因素。由 Bragg 方程，Cu 峰偏移显示其点阵常数增加，Mo和Cu原子半径分别为0.136 3 nm和0.127 8 nm，推测Mo 在Cu 中形成FCC Cu(Mo)亚稳过饱和置换式固溶体，使 铜晶格常数增大，C uMo薄膜存在固溶度扩展。配位数为12 时，Mo 原子半径为0.139 nm，用Vegard定律 [13] 估算铜钼膜中 FCC Cu(Mo)过饱和固溶度，结果显示， 随钼含量增加， Cu(Mo) 固溶度渐增，Cu35.15%Mo 膜 Mo 的固溶度达 30.6%(摩尔分数)。对主峰Cu(111)进行粒度分析表明，随Mo 含量上升，Cu 基体相晶粒尺寸逐渐小(见表 2)。因此，添加 Mo促进薄膜中 Cu(Mo)固溶度扩展并细化晶粒，CuMo膜呈纳米晶结构，与 ZHAO 等 [14] 报道的相似。Mo 形核自由能很低，沉积中近原位附着倾向高，提供更多形核位置，随后约束 Cu 基体晶粒生长，产生细晶效应 [4] 。沉积原子扩散距离也影响相结构 [15] ，Cu 迁移激活能较高，在 基片上长程扩散几率低，不易聚集生长，以致形成粗晶粒，因此，CuMo膜呈纳米晶结构。同时，较低的溅射功率降低沉积能量，而较高的溅射气压增加原子碰撞几率、进一步降低动能，减弱随后的扩散迁移，促进固溶扩展和纳米晶结构的形成。如图1(b)及表2 所示，经650 ℃退火1 h 后，薄膜Cu(111)峰向高角度方向移动，低 Mo含量膜的Cu(111)峰已与标准峰位一致，部分样品新出现 Cu(200)、Cu(220)、Cu(311)及Mo(110)峰，说明Cu(111)择优取向度减弱，FCC Cu(Mo)固溶度降低，显 示该亚稳固溶体的脱溶析出以及退火后高分散富Mo相某种程度的聚集。同时，退火后 Cu 峰宽化减弱，显示基体相的晶粒生长，Mo 含量薄膜增幅更明显。
