薄膜中表面偏析的研究

来源 :汕头大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanglch234
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近几十年来,先进的纳米薄膜材料被广泛地应用于微电子器件和太阳能电池等领域。在纳米薄膜材料中,由于表面成分和结构的变化直接影响着薄膜材料的性能,因此,研究薄膜材料中的表面偏析对于更好地应用薄膜材料有着重要的意义。  本文基于热力学方法,首先利用Miedema模型、相图计算的热力学参数和实验数据拟合等三种方法,分别计算了二元合金系统的偏析能和相互作用系数,并与实验值进行了比较。然后利用修正的Darken模型,结合薄膜体系的约束条件,对Ni-Cu和Cu-Sn二元合金系统的体块和薄膜中平衡态及动态的偏析进行了模拟计算,得到了如下结果:  (1)对Ni(111)Cu和Ni(100)Cu薄膜合金系统:  (a)Ni(111)Cu和Ni(100)Cu体块和薄膜合金系统都是Cu往Ni-Cu表面偏析,和实验结果一致;  (b)随着初始的体浓度和/或者偏析能的减小,尺寸效应对平衡态的表面偏析的影响显著;  (c)在某个特定温度下,尺寸效应对平衡态表面偏析的影响显著;  (d)Ni(111)Cu和Ni(100)Cu薄膜合金系统的动态表面偏析中,随着二元合金薄膜厚度的减小,达到表面偏析平衡态时所需时间减小;  (e)修正后的Darken模型在引入约束条件下可以定量地描述薄膜中的二元合金薄膜的平衡态和动态的偏析。  (2)对Cu-Sn薄膜合金系统,除了得到与Ni-Cu薄膜系统相似的结果外,由于有较大负的相互作用系数还得到如下结果:  (a)Cu-Sn体块和薄膜合金系统都是Sn往表面偏析,和实验结果一致;  (b)较大的负相互作用系数抑制了Sn原子的偏析,体块与薄膜材料中偏析量相差较小,膜厚对偏析的影响较小;  (c)在平衡态表面偏析中,当薄膜厚度小于一定值时,Sn的表面浓度不随温度的变化而变化;  (d)Cu-Sn合金薄膜系统的动态表面偏析中,不同浓度的合金系统都随着薄膜厚度的减小,达到平衡时所需时间也减小;相同膜厚不同浓度的合金系统,随着体浓度的增大达到平衡时所需时间也减小。
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