柔性基体上纯铜及铜-锆合金膜退火前后微观结构和残余应力的演变

摘要

本文利用磁控溅射方法在柔性聚酰亚胺基体上沉积了纯铜（Cu）及铜-锆（Zr）合金膜。通过X射线、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜、能谱和X射线应力仪表征了退火前后纯Cu膜及合金膜的微观结构和残余应力。实验结果表明，在相同条件下，合金膜退火前后晶粒尺寸的长大幅度远远小于纯铜膜退火前后晶粒尺寸的变化，可归因于Zr的加入抑制了Cu晶粒的正常生长。同时，实验发现在一定温度退火后合金膜表面会析出许多亚微尺度的铜颗粒，而且有趣的是一些析出的铜颗粒形态十分规则。残余应力测试结果表明退火后合金膜内部的残余应力是压应力，这与纯Cu膜退火后通常处于拉应力状态有所不同。基于实验结果，阐明了柔性基体纯Cu膜与合金膜退火过程中微结构与残余应力演变行为之间的关联性。本文的实验结果为柔性基体电子器件的设计和服役可靠性提供了参考依据。