退火处理对柔性基体钼及钼-铜合金薄膜微观结构的影响

摘要

随着柔性显示器件、智能穿戴技术及太阳能电池的快速发展，亟需开展高性能柔性基体薄膜材料的研制。钼(Mo)及其合金薄膜因其优良的耐蚀性、电导性、热稳定性及与基体良好的结合强度，已作为电极、布线及阻挡层材料广泛应用在太阳能电池、液晶显示器等众多领域，以往对纯Mo薄膜、Cu-Mo合金薄膜的研究主要集中在单晶硅、玻璃等刚性基体上薄膜的结构及性能，对柔性聚酰亚胺(PI)基体上Mo及其合金薄膜的研究尚缺乏系统研究。论文采用磁控溅射方法在柔性聚酰亚胺（PI）基体上制备了不同厚度纯Mo薄膜、Mo-Cu及Cu-Mo合金膜，表征了退火前后纯Mo膜及合金膜的晶体结构、表面形貌及应力状态，系统研究了Cu含量、退火温度、薄膜厚度对Mo膜及Mo-Cu、Cu-Mo合金薄膜微观结构的影响，分析了合金薄膜表面自生长多面体纯Cu颗粒及花瓣形颗粒的形成机制。主要取得了以下结果：
　　1. PI与 Si基体上沉积态 Mo薄膜呈现 Mo(110)择优生长， XRD图谱中Mo(110)衍射峰向高角度偏移明显，表明Mo薄膜内存在残余压应力，PI基体上Mo薄膜表面颗粒多为三角形，Si基体上Mo薄膜表面颗粒多为稻粒形。
　　2.退火前后Mo-Cu合金膜均呈现Mo(110)取向择优生长，退火后PI基体上合金膜处于压应力状态。退火过程中弥散分布在Mo晶界的Cu原子能够抑制合金膜中Mo晶粒的生长。
　　3．退火后过饱和Mo-Cu合金膜表面将自生长大量分布均匀的多面体或者花型Cu颗粒，颗粒尺寸范围在几十nm到几?m。自生长颗粒尺寸及形态可调控，尺寸主要影响因素是Cu含量和退火温度，颗粒形态呈现明显的膜厚效应。
　　4.纯Cu颗粒的形成机理：由于在退火过程中Mo晶粒的生长受到抑制，为释放残余应力并降低体系能量，残余压应力释放和热作用驱动Cu原子沿表面及晶界扩散在合金膜表面自形成了多面体纯Cu颗粒，花型颗粒是多面体颗粒聚集生长的结果。
　　5.在一定温度退火后PI基体上Cu-Mo合金膜表面自形成了大量多面体纯Cu颗粒，其形成机理与Mo-Cu合金膜退火后表面自生长多面体颗粒相同。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 难熔金属Mo及Cu-Mo合金薄膜的应用及研究进展

1.3 纳米Cu颗粒的应用及研究进展

1.4 Cu纳米颗粒制备的新思路

1.5 本文主要研究内容

第2章 样品制备、处理及表征方法

2.1 磁控溅射的基本原理

2.2 样品的制备

2.3 薄膜样品的测试方法

第3章 薄膜厚度对Mo薄膜微观结构的影响

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4 章 退火处理对Mo-Cu合金薄膜微观结构的影响

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 退火处理对Cu-Mo合金薄膜微观结的影响

5.1 引言

5.2 试验方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果